[發明專利]具有屏蔽源極的絕緣柵場效應晶體管結構和方法

在審

• 申請號: 201911278314.7
• 申請日: 2019-12-13
• 公開（公告）號: CN111697075A
• 公開（公告）日: 2020-09-22
• 發明（設計）人: 吳小利;J·A·葉迪納克
• 申請（專利權）人: 半導體元件工業有限責任公司
• 主分類號: H01L29/78
• 分類號: H01L29/78;H01L29/06;H01L29/08;H01L29/36
• 代理公司: 中國貿促會專利商標事務所有限公司 11038
• 代理人: 秦晨

本發明題為“具有屏蔽源極的絕緣柵場效應晶體管結構和方法”。本發明提供了一種半導體器件，該半導體器件包括半導體材料區域，該半導體材料區域包括第一導電類型的半導體層并且具有第一主表面。與第一導電類型相反的第二導電類型的本體區域設置在從第一主表面延伸的第二半導體層中。本體區域包括：具有第一摻雜濃度的第一區段；以及橫向鄰近第一區段并鄰近第一主表面的第二區段，該第二區段具有小于第一摻雜濃度的第二摻雜濃度。第一導電類型的源極區域設置在第一區段中，但是不設置在第二區段的至少一部分中。絕緣柵極電極與鄰接第一區段、第二區段和源極區域的半導體材料區域鄰近地設置。導電層電連接到第一區段、第二區段和第一源極區域。在線性操作模式期間，電流首先在第二區段中流動，但不在第一區段中流動，以減小發生熱失控的可能性。

技術領域

該文件整體涉及半導體器件，并且更具體地講，涉及絕緣柵器件結構和方法。

背景技術

絕緣柵場效應晶體管(IGFET)，諸如金屬氧化物半導體場效應晶體管(MOSFET)，已用于許多功率切換應用中，諸如dc-dc轉換器。在典型的MOSFET中，柵極電極通過施加適當的柵極電壓來提供導通和關斷控制。以舉例的方式，在n型增強型MOSFET中，當響應于施加超過固有閾值電壓的正柵極電壓而在p型本體區域中形成導電n型反轉層(即溝道區域)時，發生導通。反轉層將n型源極區域連接到n型漏極區域并且允許這些區域之間的多數載流子導電。

IGFET器件的“安全操作區”或“SOA”被定義為可預期器件在沒有自損壞的情況下操作的電壓和電流狀況。一般來講，典型的增強型IGFET電流-電壓輸出特性通常涉及三個操作狀況：a)完全導通狀況，其中柵極至源極電壓(V_GS)被偏置為遠高于閾值電壓(V_T)，并且良好導電溝道區域將源極區域與漏極區域連接(其中漏極-源極電壓(V_DS)為低并且漏極-源極電流(I_DS)為高的特性)；b)關斷狀況，其中V_GSV_T并且未形成溝道區域(其中V_DS為高并且I_DS實質上為零的特性)；以及c)a和b之間的狀況，其中溝道區域被夾止，被稱為線性模式或恒定電流狀況(其中V_DS和I_DS都不低)。

當IGFET器件以線性操作模式運行時，結溫度(T_J)由于通過器件的高功耗(這是因為V_DS和I_DS都不低)而增加。隨著某些柵極偏置處的結溫度的增加(低于所謂的零溫度系數點)，I_DS電流將增加，從而致使結溫度進一步增加。這種正反饋效應可導致熱失控狀況，從而導致器件故障。器件內的局部電流熱點可能會加劇這種效應，這些局部電流熱點例如是由局部缺陷、過程變化、或粘結線放置引起的。此外，隨著業界不斷努力減小導通電阻，已開發出較小夾式器件來滿足減小的導通電阻的需求。然而，在較小夾式器件中，相對于溫度或dI/DT的變化的電流變化會增加，從而加劇了線性操作模式期間的熱失控狀況。

因此，需要改善半導體器件(諸如IGFET器件)在線性模式狀況下操作的能力的結構和方法。該結構和方法具有成本效益并且使對其他器件操作參數的影響最小化將是有益的。

發明內容