双向功率器件制造技术

公开了一种双向功率器件，双向功率器件包括：半导体层；位于半导体层中的沟槽；位于沟槽侧壁上的栅介质层；位于沟槽内的控制栅，控制栅从半导体层的第一表面延伸至沟槽下部；其中，控制栅与半导体层之间由栅介质层隔开。本申请中沟槽内的控制栅从半导体层的第一表面延伸至沟槽下部，源区和漏区从半导体层的第一表面延伸至于沟槽下部的控制栅交叠。源区和漏区延伸的长度较长，使得源区和漏区在双向功率器件截止时可以承担纵向方向上源区和漏区上施加的高压，提高双向功率器件的耐压特性。

Bidirectional power device

【技术实现步骤摘要】
双向功率器件
本技术涉及半导体制造
，特别涉及一种双向功率器件。
技术介绍
功率器件主要用于大功率的电源电路和控制电路中，例如作为开关元件或整流元件。在功率器件中，不同掺杂类型的掺杂区形成PN结，从而实现二极管或晶体管的功能。功率器件在应用中通常需要在高电压下承载大电流。一方面，为了满足高电压应用的需求以及提高器件可靠性和寿命，功率器件需要具有高击穿电压。另一方面，为了降低功率器件自身的功耗和产生的热量，功率器件需要具有低导通电阻。在电源电路中，经常会涉及到充电和放电，然后充电和放电过程中电流的流向不同，则要求功率器件具有双向导通的功能。在美国专利US5612566和US6087740公开了双向导通类型的功率器件。其中，该双向功率器件包括衬底以及位于衬底上的第一输出极和第二输出极。衬底为P型衬底或者P型外延或者P型掺杂的阱区；两个输出极分别由轻掺杂N-区和以及位于轻掺杂N-区中的重掺杂N+区构成。在功率器件的导通状态，当第一输出极与衬底短接时，电流从第二输出极流向第一输出极；当第二输出极与衬底短接时，电流从第一输出极流向第二输出极。然而，双向功率器件的耐压特性和导通电阻之间是一对矛盾参数。虽然可以通过降低轻掺杂N-区的杂质浓度，提高击穿电压，获得较好的耐压特性。但是由于轻掺杂N-区的杂质浓度降低，导致导通电阻的增加，从而增加功耗。在双向功率器件中，仍然需要进一步改进以兼顾耐压特性和导通电阻的要求。
技术实现思路
鉴于上述问题，本技术的目的在于提供一种双向功率器件，其中，通过调整沟槽的宽度以及源区和漏区在半导体层中延伸的长度，以兼顾耐压特性和导通电阻的要求。根据本技术的第一方面，提供一种双向功率器件，包括：半导体层；位于半导体层中的沟槽；位于所述沟槽侧壁上的栅介质层；位于所述沟槽内的控制栅，所述控制栅从所述半导体层的第一表面延伸至所述沟槽下部；其中，所述控制栅与所述半导体层之间由所述栅介质层隔开。优选地，位于所述半导体层中且邻近控制栅的源区和漏区，位于所述半导体层中且邻近所述沟槽下部的控制栅的沟道区。优选地，所述源区和漏区从所述半导体层的第一表面延伸至与所述沟槽下部的控制栅交叠。优选地，所述源区和漏区在所述半导体层中延伸的长度为0.5～1.5um。优选地，所述半导体层的掺杂类型为第一掺杂类型，所述源区和漏区的掺杂类型为第二掺杂类型，所述沟道区的掺杂类型为第一掺杂类型或第二掺杂类型，第一掺杂类型和第二掺杂类型相反。优选地，所述沟槽的长度为1.2～2.2um，宽度为0.1～0.6um。优选地，所述半导体层选自半导体衬底本身、在半导体衬底上形成的外延层或者在半导体衬底中注入的阱区中的一种。优选地，所述双向功率器件还包括：第一接触，与所述源区相接触以形成第一输出电极；第二接触，与所述漏区相接触以形成第二输出电极；第三接触，与所述半导体层相接触以形成衬底电极；第四接触，与所述控制栅相接触以形成栅电极。优选地，所述双向功率器件还包括：第一引线区，位于所述源区内，其中，第一引线区的掺杂浓度大于所述源区的掺杂浓度；覆盖介质层，位于所述半导体层的第一表面上；第一接触孔，贯穿所述覆盖介质层延伸至所述源区；所述第一接触通过第一接触孔、第一引线区与所述源区相接触。优选地，所述双向功率器件还包括：第二引线区，位于所述漏区内，其中，第二引线区的掺杂浓度大于所述漏区的掺杂浓度；第二接触孔，贯穿所述覆盖介质层延伸至所述漏区；所述第二接触通过第二接触孔、第二引线区与所述漏区相接触。优选地，所述双向功率器件还包括：第三引线区，位于所述半导体层内且靠近所述半导体层的第一表面，其中，所述第三引线区的掺杂浓度大于半导体层的掺杂浓度；第三接触孔，贯穿所述覆盖介质层延伸至所述半导体层；所述第三接触通过第三接触孔、第三引线区与所述半导体层相接触。优选地，第四接触孔，贯穿所述覆盖介质层延伸至所述控制栅。优选地，所述第三接触位于所述半导体层的第二表面上。优选地，所述双向功率器件还包括：布线层，所述布线层包括第一布线至第四布线，分别通过多个导电孔与所述第一输出电极、第二输出电极、衬底电极以及栅电极电连接。优选地，所述双向功率器件还包括：多个金属焊球，位于所述布线层上，通过布线层与所述第一输出电极、第二输出电极、衬底电极以及栅电极电连接。优选地，在所述双向功率器件导通时，所述衬底电极与第一输出电极和第二输出电极之一电连接实现电流方向的双向选择。优选地，当所述衬底电极与所述第一输出电极电连接时，电流从所述第二输出电极流向所述第一输出电极；当所述衬底电极与所述第二输出电极电连接时，电流从所述第一输出电极流向所述第二输出电极。根据本技术的第二方面，提供一种双向功率器件，包括多个元胞结构，所述元胞结构为上述所述的双向功率器件，多个元胞结构中的源区电连接在一起，多个元胞结构中的漏区电连接在一起。本技术实施例提供的双向功率器件，沟槽内的控制栅从半导体层的第一表面延伸至沟槽下部，源区和漏区从半导体层的第一表面延伸至于沟槽下部的控制栅交叠。源区和漏区延伸的长度较长，使得源区和漏区在双向功率器件截止时可以承担纵向方向上源区和漏区上施加的高压，提高双向功率器件的耐压特性。进一步地，沟道区邻近位于沟槽下部的控制栅，可以通过减小沟槽的宽度来减小沟道长度，进而减小沟道电阻。进一步地，可以通过调整栅介质层的厚度以及沟道区的掺杂浓度来实现不同的阈值电压。进一步地，在双向功率器件导通时，将所述衬底电极与第一输出电极和第二输出电极之一电连接实现电流方向的双向选择。当所述衬底电极与所述第一输出电极电连接时，电流从所述第二输出电极流向所述第一输出电极；当所述衬底电极与所述第二输出电极电连接时，电流从所述第一输出电极流向所述第二输出电极。进一步地，通过布线层将双向功率器件的衬底电极、第一输出电极、第二输出电极以及栅电极引出至半导体衬底的表面，并在布线层上形成金属焊球。由于采用了植球的工艺，省略了传统封装的打线，减小了封装的寄生电感和寄生电阻，减小双向功率器件的封装电阻；由于没有塑封料的包封，使得散热更加容易，减小功耗，提高双向功率器件的可靠性和安全性。进一步地，双向功率器件可以由多个元胞结构组成，所有元胞结构的源区电连接在一起作为第一输出电极，漏区电连接在一起作为第二输出电极，通过增加元胞结构的数量，提高双向功率器件的电流能力。附图说明通过以下参照附图对本技术实施例的描述，本技术的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：图1示出了本技术实施例的双向功率器件的电路示意图；图2-图4分别示出了本技术第一实施例的双向功率器件的不同剖面的截面图和俯视图；图5示出了本技术第一实施例的多个元胞结构的截面图；图6示出了本技术第二实施例的双向功率器件的截面图；图7示出了本技术第二实施例的双向功率器件本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种双向功率器件，其特征在于，包括：/n半导体层；/n位于半导体层中的沟槽；/n位于所述沟槽侧壁上的栅介质层；/n位于所述沟槽内的控制栅，所述控制栅从所述半导体层的第一表面延伸至所述沟槽下部；/n其中，所述控制栅与所述半导体层之间由所述栅介质层隔开。/n

【技术特征摘要】
1.一种双向功率器件，其特征在于，包括：
半导体层；
位于半导体层中的沟槽；
位于所述沟槽侧壁上的栅介质层；
位于所述沟槽内的控制栅，所述控制栅从所述半导体层的第一表面延伸至所述沟槽下部；
其中，所述控制栅与所述半导体层之间由所述栅介质层隔开。


2.根据权利要求1所述的双向功率器件，其特征在于，位于所述半导体层中且邻近控制栅的源区和漏区，位于所述半导体层中且邻近所述沟槽下部的控制栅的沟道区。


3.根据权利要求2所述的双向功率器件，其特征在于，所述源区和漏区从所述半导体层的第一表面延伸至与所述沟槽下部的控制栅交叠。


4.根据权利要求2所述的双向功率器件，其特征在于，所述源区和漏区在所述半导体层中延伸的长度为0.5～1.5um。


5.根据权利要求2所述的双向功率器件，其特征在于，所述半导体层的掺杂类型为第一掺杂类型，所述源区和漏区的掺杂类型为第二掺杂类型，所述沟道区的掺杂类型为第一掺杂类型或第二掺杂类型，第一掺杂类型和第二掺杂类型相反。


6.根据权利要求1所述的双向功率器件，其特征在于，所述沟槽的长度为1.2～2.2um，宽度为0.1～0.6um。


7.根据权利要求1所述的双向功率器件，其特征在于，所述半导体层选自半导体衬底本身、在半导体衬底上形成的外延层或者在半导体衬底中注入的阱区中的一种。


8.根据权利要求2所述的双向功率器件，其特征在于，还包括：
第一接触，与所述源区相接触以形成第一输出电极；
第二接触，与所述漏区相接触以形成第二输出电极；
第三接触，与所述半导体层相接触以形成衬底电极；
第四接触，与所述控制栅相接触以形成栅电极。


9.根据权利要求8所述的双向功率器件，其特征在于，还包括：
第一引线区，位于所述源区内，其中，第一引线区的掺杂浓度大于所述源区的掺杂浓度；
覆盖介质层，位于所述半导体层的第一表面上；
第一接触孔，贯穿所述覆盖介质层延伸至所述源区；
所述第一接触通过第一接触孔、第一引线区与所述源区相接触。

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【专利技术属性】
技术研发人员：张邵华，
申请(专利权)人：杭州士兰微电子股份有限公司，
类型：新型
国别省市：浙江;33