一种可调安全工作区的功率器件及其制作方法技术

本发明专利技术涉及一种可调安全工作区的功率器件，包括漏极金属，在漏极金属上设有第一导电类型硅衬底，在第一导电类型硅衬底上设有第一导电类型外延层，在第一导电类型外延层内设有深沟槽，在深沟槽的底部设有第二导电类型掺杂区域，深沟槽内设有第一栅极和第二栅极，第一栅极和第二栅极之间有二氧化硅隔离，第一导电类型外延层表面设有第二导电类型体区，第二导电类型体区内设有第一导电类型源极和第二导电类型源极，第一导电类型源极和第二导电类型源极表面还设有源极金属并与第一导电类型源极和第二导电类型源极相连，源极金属与第一栅极之间设有绝缘介质层隔离。本发明专利技术有效扩展了功率器件的安全工作区，并减小了其寄生二极管的反向恢复时间。的反向恢复时间。的反向恢复时间。

【技术实现步骤摘要】
一种可调安全工作区的功率器件及其制作方法


[0001]本专利技术涉及一种半导体器件及其制作方法，尤其是一种安全工作区可调的功率器件及其制造方法。

技术介绍

[0002]金属氧化层半导体场效晶体管（Metal Oxide Semiconductor Field
‑
Effect Transistor，MOSFET）是一种电压控制型的电子器件，一般具有源极，栅极和漏极三个端口。对于功率MOSFET而言，由于其关断时需要承担高电压，因此势必需要一定的芯片面积来形成耗尽层耐压。特别地，对于横向功率MOSFET器件而言，高压器件势必意味着较大的芯片面积，从而造成了芯片成本的提高，然而这种器件又有着易于集成的优点。对于纵向功率MOSFET器件而言，其将耐压的部分由横向转移到了纵向，这样一来就能极大程度上减小芯片的面积。此外，横向功率器件中的常用的场板技术能很大程度上提高器件的耐压效率，将这种技术引入到纵向功率器件中，屏蔽栅型MOSFET（Shield Gate Trench MOSFET，SGT MOSFET）器件结构便应运而生。
[0003]结型场效应晶体管（Junction Field
‑
Effect Transistor，JFET）是一种具有放大功能的三端有源器件，其工作原理就是通过电压改变沟道的导电性来实现对输出电流的控制，与表面型MOSFET不同的是，JFET的沟道处于半导体内部，沟道中的载流子不受半导体表面效应的影响，因此迁移率较高，噪声较低。
[0004]上述功率MOSFET器件在大多数情况下都被作为开关器件在在半导体电路中被广泛运用。作为开关器件，对MOSFET器件的基本要求是，在MOSFET开启状态下，器件的导通电阻要足够低，在MOSFET关断状态下，器件能够阻断高压，器件的漏电流也要足够小。然而，在锂电池保护、热插拔等应用场合下，对MOSFET器件的可靠性又提出了更高的要求，具体而言，要求MOSFET能同时承担一定时间的高电压和大电流而不发生失效，待保护或控制电路检测到高电压和大电流状态后及时安全可靠地切断功率器件，即要求MOSFET具有较宽的安全工作区（SOA，Safety Operation Area）。
[0005]综上所述，本专利技术的实质是将JFET器件集成到SGT器件中，来实现低导通电阻，可调安全工作区的MOSFET器件。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种安全工作区可调的MOSFET器件及其工艺方法，使得MOSFET器件处于开关模式时，能提供低导通电阻，MOSFET器件处于饱和工作模式下，能降低器件饱和电流，扩展器件的安全工作区，避免器件发生热击穿。
[0007]为实现以上技术目的，本专利技术的技术方案是：一种可调安全工作区的功率器件，包括漏极金属，在所述漏极金属上设有第一导电类型硅衬底，在所述第一导电类型硅衬底上设有第一导电类型外延层，在第一导电类型外延层内设有由二氧化硅绝缘材质组成的深沟槽，在所述深沟槽的底部还设有高浓度的第
二导电类型掺杂区域，所述深沟槽内还设有由多晶硅材质组成的第一栅极和第二栅极，所述第一栅极位于深沟槽上部，所述第二栅极位于深沟槽下部，所述第一栅极和第二栅极之间设有二氧化硅隔离，所述第一导电类型外延层表面还设有第二导电类型体区，所述第二导电类型体区内还设有高浓度的第一导电类型源极和第二导电类型源极，所述第一导电类型源极和第二导电类型源极表面还设有源极金属，并与第一导电类型源极和第二导电类型源极相连，所述源极金属与第一栅极之间设有绝缘介质层隔离。
[0008]对于可调安全工作区的功率器件为N型功率半导体器件，所述第一导电类型为N型导电，所述第二导电类型为P型导电；对于可调安全工作区的功率器件为P型功率半导体器件，所述第一导电类型为P型导电，所述第二导电类型为N型导电。
[0009]所述的第一栅极和第一导电类型外延层之间的氧化层厚度与第二栅极和第一导电类型外延层之间的氧化层厚度不同。
[0010]所述的第一栅极和第一导电类型外延层之间的氧化层厚度范围为50
Å
至800
Å
；第二栅极和第一导电类型外延层之间的氧化层厚度范围为1000
Å
至3000
Å
。
[0011]一种可调安全工作区的功率器件的制作方法，基于所述的一种可调安全工作区的功率器件，包括如下步骤：步骤一：选取第一导电类型衬底材料并外延生长第一导电类型外延层；步骤二：在所述第一导电类型外延层的上表面选择性刻蚀出深沟槽；步骤三：在深沟槽内生长一定厚度的栅极氧化层，利用掩膜窗口，刻蚀深沟槽底部的氧化层并注入高浓度的第二导电类型掺杂区域；步骤四：在沟槽内填充多晶硅至硅表面；步骤五：刻蚀沟槽内的多晶硅至一定深度形成第二栅极，再进行氧化层的淀积至硅片表面；步骤六：刻蚀沟槽内的氧化层至一定深度，再次进行栅极氧化层的生长形成第一栅极的栅极氧化层；步骤七：在沟槽内再次填充多晶硅至硅片表面，形成第一栅极，并将多余的多晶硅去除；步骤八：在硅片表面注入第二导电类型杂质，经激活后形成第二导电类型体区，利用掩模版注入高剂量的第一导电类型杂质，经激活后形成重掺杂的第一导电类型源极。
[0012]步骤九：利用掩模版刻蚀一定深度的硅并注入高剂量的第二掺杂类型离子，经激活后形成重掺杂的第二导电类型源极；步骤十：淀积绝缘介质层，然后在绝缘介质层上选择性刻蚀出通孔，接着淀积金属并选择性刻蚀金属，形成源极金属、第一栅极金属、第二栅极金属和漏极金属。
[0013]与传统的SGT MOSFET器件相比，本专利技术具有如下优点：（1）本专利技术结构将器件的栅极分为控制栅（即第一栅极）和调制栅（即第二栅极）两个栅极，在第一栅极加正压时，本专利技术器件结构即可开启，与传统SGT MOSFET器件不同的是，通过调控第二栅极上不同的电压，即可调控器件的电流和电阻大小，进一步地，当器件工作在高压大电流情况下，第二栅极可以有效调控流经器件的电流大小，从而避免器件由于电流过大而引起热击穿，扩展器件的安全工作区。
[0014]（2）在本专利技术结构处于开关过程中，第二栅极可接负压，可将开关过程中的过剩载
流子直接通过第二栅极引出，加快器件的开关过程。特别是，功率MOSFET器件在某些应用过程中会被当成功率二极管使用，第二栅极的引入可极大程度上降低二极管的反向恢复时间，提高系统的整体效率。
附图说明
[0015]附图1为本专利技术器件的剖视结构示意图。
[0016]附图2为传统SGT MOSFET器件的剖视结构示意图。
[0017]附图3为本专利技术MOSFET器件工作在宽安全工作区情况下的电流分布示意图。
[0018]附图4为传统SGT MOSFET器件在导通时的电流分布示意图。
[0019]附图5为本专利技术MOSFET器件寄生二极管工作在反向恢复过程中空穴电流分布示意图。
[0020]附图6为传统SGT MOSFET器件寄生二极管本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种可调安全工作区的功率器件，包括漏极金属（01），其特征在于，在所述漏极金属（01）上设有第一导电类型硅衬底（02），在所述第一导电类型硅衬底（02）上设有第一导电类型外延层（03），在第一导电类型外延层（03）内设有由二氧化硅绝缘材质组成的深沟槽（07），在所述深沟槽（07）的底部还设有高浓度的第二导电类型掺杂区域（05），所述深沟槽（07）内还设有由多晶硅材质组成的第一栅极（08）和第二栅极（06），所述第一栅极（08）位于深沟槽（07）上部，所述第二栅极（06）位于深沟槽（07）下部，所述第一栅极（08）和第二栅极（06）之间设有二氧化硅隔离，所述第一导电类型外延层（03）表面还设有第二导电类型体区（04），所述第二导电类型体区（04）内还设有高浓度的第一导电类型源极（09）和第二导电类型源极（10），所述第一导电类型源极（09）和第二导电类型源极（10）表面还设有源极金属（11），并与第一导电类型源极（09）和第二导电类型（10）源极相连，所述源极金属（11）与第一栅极（08）之间设有绝缘介质层（12）隔离。2.根据权利要求1所述的一种可调安全工作区的功率器件，其特征在于，当可调安全工作区的功率器件为N型功率半导体器件时，所述第一导电类型为N型导电，所述第二导电类型为P型导电；当可调安全工作区的功率器件为P型功率半导体器件时，所述第一导电类型为P型导电，所述第二导电类型为N型导电。3.根据权利要求1所述的一种可调安全工作区的功率器件，其特征在于，第一栅极（08）和第一导电类型外延层（03）之间的氧化层厚度与第二栅极（06）和第一导电类型外延层（03）之间的氧化层厚度不同。4.根据权利要求3所述的一种可调安全工作区的功率器件，其特征在于，所述的第一栅极（...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱袁正，杨卓，黄薛佺，叶鹏，
申请(专利权)人：无锡新洁能股份有限公司，
类型：发明
国别省市：