[實用新型]屏蔽柵耗盡型功率MOSFET

有效

• 申請號: 202220429579.3
• 申請日: 2022-03-02
• 公開（公告）號: CN217405435U
• 公開（公告）日: 2022-09-09
• 發明（設計）人: 周仲建;王新;張帥
• 申請（專利權）人: 成都復錦功率半導體技術發展有限公司
• 主分類號: H01L29/78
• 分類號: H01L29/78;H01L29/10;H01L29/423
• 代理公司: 成都天嘉專利事務所(普通合伙) 51211
• 代理人: 程余

本實用新型公開了屏蔽柵耗盡型功率MOSFET，屬于半導體技術領域。包括漏極金屬層、第一導電類型的半導體襯底層、第一導電類型的半導體外延層、介質層和源極金屬層，元胞區作為功能區位于半導體外延層的上部；所述元胞區包括設置在溝槽結構中的屏蔽柵和控制柵，在所述屏蔽柵和控制柵之間為介質隔離層，控制柵兩側為柵氧化層，柵氧化層外側為第一導電類型的導電溝道。本實用新型采用溝槽屏蔽柵結構制作耗盡型MOSFET，利用屏蔽柵的電荷平衡效應提高了器件的擊穿電壓，同時垂直方向的溝道增加了單位面積的溝道數量，降低了器件導通電阻；同時屏蔽柵結構還大幅度降低了器件柵漏電容CGD，提高了器件開關速度。

技術領域

本發明涉及一種耗盡型功率MOSFET，具體涉及屏蔽柵耗盡型功率MOSFET。

背景技術

功率MOSFET，按柵極驅動方式的不同，通常分為增強型和耗盡型。由于耗盡型MOSFET作為常開型器件，在柵極不施加任何電壓時，器件漏極與源極之間處于導通狀態，而在柵極施加低于源極電壓時，器件導電溝道逐步變窄直至完全關斷。由于耗盡型MOSFET的獨特性能，使其在電路實際應用中具有無可比擬的優勢，目前耗盡型MOSFET已廣泛應用于固態繼電器、“常開”開關、線性運放、恒流源、恒壓源以及開關電源等。

傳統耗盡型MOSFET主要采用平面工藝制作（例如專利申請號：CN201410060184.0），其主要方法為采用砷離子注入的方式在硅表面預形成溝道，優點為砷離子在硅表面分布均勻。由于其導電溝道分布于硅表面，當制作中低壓器件時，受元胞結構限制，無法進一步提高導電溝道的密度，因而其導通電阻以及電流通過能力受到明顯影響。并且，采用平面工藝制作耗盡型MOSFET，通常先制作阱區，再制作多晶硅柵極，由于此工藝不屬于“自對準”工藝技術，因此器件參數一致性受到明顯影響。

為了提高中低壓耗盡型MOSFET溝道密度，以此來降低導通電阻并提高其電流通過能力，有廠商采用了溝槽結構制作耗盡型MOSFET（例如專利申請號：CN 201410404340.0以及專利申請號：CN 201821564557.8）。進行溝道離子摻雜時，其溝槽底部必定聚集大量與漂移區摻雜類型相同的離子，這使器件在關斷狀態時，該部位高濃度的摻雜，會大幅度拉低整個器件的擊穿電壓。

為解決溝槽型耗盡型MOSFET的溝槽底部薄弱點對器件擊穿電壓的影響，有廠商在溝槽底部增加與溝道導電類型相反的區域，并采用電荷平衡原理提高器件擊穿電壓（例如專利申請號：CN201811195273.0）。由于增加的這一特殊區域采用摻雜的方式，受摻雜光刻精度以及摻雜橫向擴散的問題，其元胞尺寸無法進一步縮小。

發明內容

本實用新型旨在解決現有技術中存在的上述問題，提出了一種屏蔽柵耗盡型功率MOSFET，可大幅度改善耗盡型MOSFET在擊穿電壓與導通電阻之間的折中問題，同時降低器件柵漏電容，提高器件開關速度。

為了實現上述實用新型目的，本實用新型的技術方案如下：

屏蔽柵耗盡型功率MOSFET，包括漏極金屬層、第一導電類型的半導體襯底層、第一導電類型的半導體外延層、介質層和源極金屬層，其特征在于，元胞區作為功能區位于半導體外延層的上部；所述元胞區包括設置在溝槽結構中的屏蔽柵和控制柵，在所述屏蔽柵和控制柵之間為介質隔離層，控制柵兩側為柵氧化層，柵氧化層外側為第一導電類型的導電溝道。

在其中一個實施例中，所述屏蔽柵的電位與源極金屬層的電位相同。

在其中一個實施例中，所述屏蔽柵的電位與控制柵的電位相同。

在其中一個實施例中，所述屏蔽柵為浮空電極。

在其中一個實施例中，所述介質隔離層的厚度大于等于0，當介質隔離層的厚度為0時，屏蔽柵與控制柵連接在一起，為同電位。

在其中一個實施例中，所述元胞區還包括第二導電類型的半導體體區和第一導電類型的半導體重摻雜源區。