半導(dǎo)體功率器件的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種半導(dǎo)體功率器件，通過巧妙地結(jié)合傳統(tǒng)IGBT和VDMOS，形成具有共用部分的由基本的縱向IGBT和基本的橫向DMOS組成的新型半導(dǎo)體功率器件；調(diào)整重摻雜第二導(dǎo)電類型區(qū)的摻雜濃度或采用壽命控制的方法，以降低基本的縱向IGBT產(chǎn)生的第一正向?qū)娏鞯拇笮?，同時增加了基本的橫向DMOS產(chǎn)生的第二正向?qū)娏鞯拇笮。踔潦顾龅谝徽驅(qū)娏餍∮诘诙驅(qū)娏?，使本發(fā)明相較于現(xiàn)有技術(shù)中的IGBT和VDMOS而言，在保證器件的導(dǎo)通電阻及導(dǎo)通功率損耗降低的同時提高器件的開關(guān)速度，使本發(fā)明的半導(dǎo)體功率器件具有更廣闊的應(yīng)用前景，可以用在電源、太陽能逆變器、電機驅(qū)動等需要高壓高頻開關(guān)的應(yīng)用領(lǐng)域。
【專利說明】半導(dǎo)體功率器件
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于半導(dǎo)體器件領(lǐng)域，涉及一種半導(dǎo)體功率器件。
【背景技術(shù)】
[0002]絕緣柵雙極晶體管(InsulatedGate Bipolar Transistor, IGBT)是由雙極型晶體管(Bipolar Transistor)和金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transisitor, MOSFET)組成的復(fù)合全控型電壓驅(qū)動式功率半導(dǎo)體器件，且IGBT是雙極型器件，兩種載流子(電子和空穴)同時導(dǎo)電。IGBT 一般分為穿通型(Punch Through, PT)、非穿通型(Non-Punch Through, NPT)、電場截止(電場中止)型(Field Stop，F(xiàn)S)，其中，集電極I’、發(fā)射極2’及柵極3’如圖1和圖2所示，且圖1為NPT-1GBT的結(jié)構(gòu)示意圖，圖2為PT-1GBT或FS-1GBT的結(jié)構(gòu)示意圖。PT-1GBT、FS-1GBT與NPT-1GBT的主要區(qū)別在于，NPT-1GBT沒有采用對應(yīng)給定阻斷電壓所設(shè)計的N+緩沖層而需要更厚的N-區(qū)(漂移區(qū))。IGBT具有MOSFET的許多特性，如容易驅(qū)動，安全工作區(qū)寬，峰值電流大，堅固耐用等；同時，IGBT具有非常好的導(dǎo)通特性，這是由于襯底P+注入的少子(空穴)使N-區(qū)(漂移區(qū))載流子濃度得到顯著提高(請參閱I和圖2)，產(chǎn)生電導(dǎo)通調(diào)制效應(yīng)，這種少子(空穴)的注入大大減少了 N-區(qū)(漂移區(qū))的等效電阻，從而降低了 N-區(qū)的導(dǎo)通壓降。但是，IGBT內(nèi)部不存在反向?qū)ǘO管，使用時，需要外接恢復(fù)二極管；同時，IGBT的開關(guān)速度(包括開啟速度和關(guān)斷速度)一般大大低于M0SFET。
[0003]垂直雙擴散金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管(Vertical Double-diffused MetalOxide Semiconductor Field Effect Transistor, VDM0SFET)是多子器件，且是電壓控制型器件，其中，源極4’’、漏極5’’、柵極3’’及溝道6’’如圖3所示。在合適的柵極電壓的控制下，半導(dǎo)體表面反型，形成導(dǎo)電溝道， 于是漏極和源極之間流過適量的電流，且電流垂直流動。VDMOS主要應(yīng)用于電機調(diào)速、逆變器、不間斷電源、電子開關(guān)、高保真音響、汽車電器和電子鎮(zhèn)流器等，具有接近無限大的靜態(tài)輸入阻抗特性，非?？斓拈_關(guān)速度(包括開啟速度和關(guān)斷速度)等顯著特點，但其缺點是沒有電導(dǎo)調(diào)制，在一定擊穿電壓設(shè)計要求下，正態(tài)導(dǎo)通電阻和通態(tài)壓降比IGBT大，因此導(dǎo)通功率損耗大，不利于大電流應(yīng)用。
[0004]目前，半導(dǎo)體功率器件特性的改善主要是使其開關(guān)速度(包括開啟速度和關(guān)斷速度)得以提高的同時降低相關(guān)損耗，器件的開關(guān)頻率也隨之提高。因此，亟需一種半導(dǎo)體功率器件，既具有非常快的開關(guān)速度(包括開啟速度和關(guān)斷速度)，同時又具有較低的導(dǎo)通電阻及導(dǎo)通功率損耗。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點，本發(fā)明的目的在于提供一種半導(dǎo)體功率器件，用于解決現(xiàn)有技術(shù)中的半導(dǎo)體功率器件不能兼顧非?？斓拈_關(guān)速度(包括開啟速度和關(guān)斷速度)和較低的導(dǎo)通電阻及導(dǎo)通功率損耗的問題，同時解決現(xiàn)有技術(shù)中的IGBT需要外接反向?qū)ǘO管的問題。[0006]為實現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的，本發(fā)明提供一種半導(dǎo)體功率器件，所述器件至少包括:
[0007]集電極；
[0008]重摻雜第二導(dǎo)電類型區(qū)，形成于所述集電極上；
[0009]漂移區(qū)，為輕摻雜第一導(dǎo)電類型，形成于所述重摻雜第二導(dǎo)電類型區(qū)上；
[0010]體區(qū)，為第二導(dǎo)電類型，形成于所述漂移區(qū)頂部的一側(cè)；
[0011]源區(qū)，為重摻雜第一導(dǎo)電類型，形成于所述體區(qū)頂部，且在所述的源區(qū)外的一側(cè)體區(qū)表面形成有溝道；
[0012]柵區(qū)域，形成于所述溝道及漂移區(qū)上，且與所述的源區(qū)和體區(qū)接觸；
[0013]漏區(qū)，為重摻雜第一導(dǎo)電類型，形成于所述漂移區(qū)頂部且相對于所述體區(qū)的另一側(cè)；
[0014]隔離結(jié)構(gòu)，覆蓋于所述柵區(qū)域及漂移區(qū)的表面，并分別設(shè)有暴露出部分所述的源區(qū)和體區(qū)、及暴露出部分所述漏區(qū)的通孔；
[0015]源極/發(fā)射極，覆蓋于所述柵區(qū)域表面的隔離結(jié)構(gòu)，并通過所述隔離結(jié)構(gòu)的通孔與部分所述的源區(qū)和體區(qū)接觸，以供所述的源區(qū)、體區(qū)實現(xiàn)電連接；
[0016]漏極，形成于所述漏區(qū)上，通過所述隔離結(jié)構(gòu)的通孔與部分所述漏區(qū)接觸，且所述的漏極與集電極通過引線連接在一起，形成實現(xiàn)電連接的漏極/集電極；
·[0017]終端結(jié)構(gòu)，形成于所述漂移區(qū)的頂部，且形成于所述體區(qū)與漏區(qū)之間，以降低表面電場，使電擊穿的部位由表面移向所述體區(qū)之下，提高器件的耐高壓性。
[0018]可選地，所述的漂移區(qū)與重摻雜第二導(dǎo)電類型區(qū)之間還設(shè)有緩沖區(qū)，即所述的緩沖區(qū)形成于重摻雜第二導(dǎo)電類型區(qū)上，且所述的漂移區(qū)形成于緩沖區(qū)上，其中，所述緩沖區(qū)為重摻雜第一導(dǎo)電類型。
[0019]可選地，所述的緩沖區(qū)摻雜濃度低于源區(qū)摻雜濃度和漏區(qū)摻雜濃度。
[0020]可選地，所述終端結(jié)構(gòu)至少包括結(jié)終端擴展終端結(jié)構(gòu)、場限制保護環(huán)終端結(jié)構(gòu)、場板終端結(jié)構(gòu)、場板與場限制保護環(huán)復(fù)合終端結(jié)構(gòu)、或場板與結(jié)終端擴展復(fù)合終端結(jié)構(gòu)。
[0021]可選地，所述柵區(qū)域包括柵介質(zhì)層和形成于所述柵介質(zhì)層上的柵極。
[0022]可選地，在所述柵極上還設(shè)有絕緣層。
[0023]可選地，所述半導(dǎo)體功率器件正向?qū)ǎ谒銎骷行纬芍辽侔ǖ谝徽驅(qū)娏骱偷诙驅(qū)娏鞯恼驅(qū)娏?，其中，第一?dǎo)電類型為N型，第二導(dǎo)電類型為P型時，所述第一正向?qū)娏饔伤龅闹負诫s第二導(dǎo)電類型區(qū)流向溝道，所述第二正向?qū)娏饔伤龅穆﹨^(qū)流向溝道；第一導(dǎo)電類型為P型，第二導(dǎo)電類型為N型體區(qū)時，所述第一正向?qū)娏饔伤龅臏系懒飨蛑負诫s第二導(dǎo)電類型區(qū)，所述第二正向?qū)娏饔伤龅臏系懒飨蚵﹨^(qū)。
[0024]可選地，所述的第一正向?qū)娏餍∮诘诙驅(qū)娏?，以保證器件的導(dǎo)通電阻及導(dǎo)通功率損耗降低的同時提高器件的開關(guān)速度。
[0025]可選地，所述半導(dǎo)體功率器件反向?qū)?，則所述的體區(qū)、漂移區(qū)、及漏區(qū)構(gòu)成反向?qū)ǘO管，其中，第一導(dǎo)電類型為N型、第二導(dǎo)電類型為P型時形成由所述的體區(qū)流向漏區(qū)的反向?qū)娏?，第一?dǎo)電類型為P型、第二導(dǎo)電類型為N型時形成由所述的漏區(qū)流向體區(qū)的反向?qū)娏鳌0026]如上所述，本發(fā)明的半導(dǎo)體功率器件，具有以下有益效果:通過巧妙地結(jié)合傳統(tǒng)IGBT和功率MOSFET (VDMOS)的優(yōu)點，形成具有共用部分的由基本的縱向IGBT和基本的橫向DMOS組成的本發(fā)明的新型半導(dǎo)體功率器件，其中，所述共用部分為漂移區(qū)、體區(qū)、源區(qū)、柵區(qū)域、隔離結(jié)構(gòu)、源極/發(fā)射極；進一步，調(diào)整本發(fā)明的重摻雜第二導(dǎo)電類型區(qū)的摻雜濃度或采用壽命控制的方法，以降低基本的縱向IGBT產(chǎn)生的第一正向?qū)娏鞯拇笮?，同時增加了基本的橫向DMOS產(chǎn)生的第二正向?qū)娏鞯拇笮?，并使所述第一正向?qū)娏餍∮诘诙驅(qū)娏?，使本發(fā)明相較于現(xiàn)有技術(shù)中的IGBT和VDMOS而言，在保證器件的導(dǎo)通電阻及導(dǎo)通功率損耗降低的同時提高器件的開關(guān)速度(包括開啟速度和關(guān)斷速度)，綜合了傳統(tǒng)IGBT和VDMOS所具有的優(yōu)勢，使本法明的半導(dǎo)體功率器件具有更廣闊的應(yīng)用前景，可以用在電源、太陽能逆變器、電機驅(qū)動等需要高壓高頻開關(guān)的應(yīng)用領(lǐng)域。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0027]圖1顯示為現(xiàn)有技術(shù)中NPT-1GBT的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0028]圖2顯示為現(xiàn)有技術(shù)中PT-1GBT或FS-1GBT的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0029]圖3顯示為現(xiàn)有技術(shù)中VDMOS的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0030]圖4顯示為本發(fā)明半導(dǎo)體功率器件在實施例中的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0031]圖5顯示為本發(fā)明半導(dǎo)體功率器件第一正向?qū)娏骱偷诙驅(qū)娏鞯氖疽鈭D。
[0032]圖6顯示為本發(fā)明半導(dǎo)體功率器件反向?qū)娏鞯氖疽鈭D。
[0033]元件標號說明
[0034]101、5，，漏極
[0035]102、I’ 集電極
[0036]20 漏區(qū)
[0037]30漂移區(qū)
[0038]40 體區(qū)
[0039]50 源區(qū)
[0040]60柵區(qū)域
[0041]601柵介質(zhì)層
[0042]602、3’、3’’ 柵極
[0043]603絕緣層
[0044]70重摻雜第二導(dǎo)電類型區(qū)
[0045]80隔離結(jié)構(gòu)
[0046]90源極/發(fā)射極
[0047]110終端結(jié)構(gòu)
[0048]120緩沖區(qū)
[0049]130、6，’ 溝道
[0050]2’發(fā)射極
[0051]4” 源極【具體實施方式】
[0052]以下通過特定的具體實例說明本發(fā)明的實施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可由本說明書所揭露的內(nèi)容輕易地了解本發(fā)明的其他優(yōu)點與功效。本發(fā)明還可以通過另外不同的【具體實施方式】加以實施或應(yīng)用，本說明書中的各項細節(jié)也可以基于不同觀點與應(yīng)用，在沒有背離本發(fā)明的精神下進行各種修飾或改變。
[0053]請參閱圖4至圖6。需要說明的是，以下具體實施例中所提供的圖示僅以示意方式說明本發(fā)明的基本構(gòu)想，遂圖式中僅顯示與本發(fā)明中有關(guān)的組件而非按照實際實施時的組件數(shù)目、形狀及尺寸繪制，其實際實施時各組件的型態(tài)、數(shù)量及比例可為一種隨意的改變，且其組件布局型態(tài)也可能更為復(fù)雜。
[0054]如圖4所示，本發(fā)明提供一種半導(dǎo)體功率器件，所述器件至少包括:漏極101、漏區(qū)
20、漂移區(qū)30、體區(qū)40、源區(qū)50、柵區(qū)域60、重摻雜第二導(dǎo)電類型區(qū)70、隔離結(jié)構(gòu)80、源極/發(fā)射極90、集電極102、終端結(jié)構(gòu)110。
[0055]需要指出的是，本實施例中，第一導(dǎo)電類型為N型，第二導(dǎo)電類型為P型，但并不局限于此，在其它實施例中，所述第一導(dǎo)電類型可為P型，則所述第二導(dǎo)電類型為N型；所述漏區(qū)20、漂移區(qū)30、體區(qū)40、源區(qū)50、重摻雜第二導(dǎo)電類型區(qū)70、終端結(jié)構(gòu)110的材料為硅材料，但并不局限于此，在其他實施例中，所述各該區(qū)域的材料還可為碳化硅或氮化鎵。
[0056]所述集電極102形成于所述重摻雜第二導(dǎo)電類型區(qū)70下，以供電連接使用，在本實施例中，所述集電極102為鋁，在其他實施例中，所述漏極101的材料為多晶硅、銅或鋁銅
I=1-Wl O
[0057]所述重摻雜第二導(dǎo)電類型區(qū)70形成于所述集電極102上，具體地，在本實施例中，所述重摻雜第二導(dǎo)電類型區(qū)70為重摻雜P型硅，即P+型區(qū)70。
[0058]所述漂移區(qū)30為輕摻雜第一導(dǎo)電類型，形成于所述重摻雜第二導(dǎo)電類型區(qū)70上，具體地，在本實施例中，所述漂移區(qū)30為輕摻雜N型硅，即N-型漂移區(qū)30。
[0059]需要說明的是，為了防止在阻斷電壓時耗盡層到達重摻雜第二導(dǎo)電類型區(qū)70，且用于控制所述重摻雜第二導(dǎo)電類型區(qū)70注入少數(shù)載流子的能力，即控制所述重摻雜第二導(dǎo)電類型區(qū)70的注入效率，在所述的漂移區(qū)30與重摻雜第二導(dǎo)電類型區(qū)70之間還設(shè)有緩沖區(qū)120，所述緩沖層120為重摻雜第一導(dǎo)電類型，同時，所述的緩沖區(qū)120的重摻雜濃度高于漂移區(qū)30的輕摻雜濃度。具體地，在本實施例中，第一導(dǎo)電類型為N型，第二導(dǎo)電類型為P型，所述緩沖區(qū)120為N+型，且所述N+型緩沖區(qū)120為硅材料區(qū)，但并不局限于此，在其他實施例中，所述N+型緩沖區(qū)120的材料還可為碳化硅或氮化鎵；所述的N+型緩沖區(qū)120形成于重摻雜第二導(dǎo)電類型區(qū)70 (P+型)上，且所述的N-型漂移區(qū)30形成于N+型緩沖區(qū)120上，即所述N+型緩沖區(qū)120形成于所述的N-型漂移區(qū)30與重摻雜第二導(dǎo)電類型區(qū)70(P+型)之間。
[0060]所述體區(qū)40為第二導(dǎo)電類型，形成于所述漂移區(qū)30頂部的一側(cè)，具體地，在本實施例中，所述體區(qū)40為P型娃。
[0061 ] 所述源區(qū)50為重摻雜第一導(dǎo)電類型，形成于所述體區(qū)40頂部，且在所述的源區(qū)50外的一側(cè)的體區(qū)40表面形成有溝道130，具體地，在本實施例中，所述源區(qū)50為重摻雜N型硅，即N+型源區(qū)50，且所述的源區(qū)50的摻雜濃度與漏區(qū)20的摻雜濃度在同一數(shù)量級；所述的體區(qū)40形成于源區(qū)50與漂移區(qū)30之間。[0062]需要指出的是，所述的緩沖區(qū)120的重摻雜濃度一般低于源區(qū)50重摻雜濃度和漏區(qū)20的重摻雜濃度，不過，所述的緩沖區(qū)120的重摻雜濃度高于漂移區(qū)30的輕摻雜濃度。
[0063]所述柵區(qū)域60形成于所述溝道130及漂移區(qū)30上，且與所述的源區(qū)50和體區(qū)40接觸。需要說明的是，所述柵區(qū)域60包括柵介質(zhì)層601和形成于所述柵介質(zhì)層601上的柵極602 ;進一步，在所述柵極602上還設(shè)有絕緣層603，其中，所述柵介質(zhì)層601為氮化硅、氮氧化硅或氧化硅，所述柵極602為多晶硅、鋁、銅或鋁銅合金，所述絕緣層603為氮化硅、氮氧化硅或氧化硅。在本實施例中，所述柵區(qū)域60包括柵介質(zhì)層601、柵極602及絕緣層603，其中，所述的柵介質(zhì)層601為氧化硅，絕緣層603為氮化硅，所述柵極602為重摻雜第一導(dǎo)電類型(N+型)多晶硅，但并不局限于此，在其他實施例中，所述柵區(qū)域60包括柵介質(zhì)層及柵極，柵介質(zhì)層131也可為氮化娃。
[0064]所述漏區(qū)20為重摻雜第一導(dǎo)電類型，形成于所述漂移區(qū)30頂部且相對于所述體區(qū)40的另一側(cè)，具體地，在本實施例中，所述漏區(qū)20為重摻雜N型硅，即N+型漏區(qū)20。
[0065]所述隔離結(jié)構(gòu)80覆蓋于所述柵區(qū)域60及漂移區(qū)30的表面，并分別設(shè)有暴露出部分所述的源區(qū)50和相對于所述溝道130的另一側(cè)體區(qū)40、及暴露出部分所述漏區(qū)20通孔，從而保證所述柵區(qū)域60與所述源極/發(fā)射極90之間、所述的漏極101與源極/發(fā)射極90之間的器件表面能夠承受高電壓，其中，所述隔離結(jié)構(gòu)80為單層結(jié)構(gòu)或疊層結(jié)構(gòu)，其中的所述單層結(jié)構(gòu)或所述疊層結(jié)構(gòu)中的每一層的材料為氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、磷硅玻璃、或半絕緣多晶娃(Sem1-1nsulating polycrystal I ine-si I icon, SIPOS)中的任意一種，在本實施例中，所述隔離結(jié)構(gòu)80為單層氧化硅結(jié)構(gòu)。
[0066]所述源極/發(fā)射極90覆蓋于所述柵區(qū)域60表面的隔離結(jié)構(gòu)80，并通過所述隔離結(jié)構(gòu)80的通孔與部分所述的源區(qū)50和體區(qū)40接觸，以供所述的源區(qū)50、體區(qū)40實現(xiàn)電連接，具體地，在本實施例中，所述源極/發(fā)射極90為鋁，在其他實施例中，所述源極/發(fā)射極90的材料還可為多晶硅、銅或鋁銅合金。
·[0067]所述漏極101形成于所述漏區(qū)20上，通過所述隔離結(jié)構(gòu)80的通孔與部分所述漏區(qū)20接觸，且所述的漏極101與集電極102通過引線連接在一起，形成實現(xiàn)電連接的漏極/集電極，在本實施例中，所述漏極101為鋁，在其他實施例中，所述漏極101的材料為多晶硅、銅或鋁銅合金。
[0068]所述終端結(jié)構(gòu)110形成于所述漂移區(qū)30的頂部，且形成于所述體區(qū)40與漏區(qū)20之間，以降低表面電場，使電擊穿的部位由表面移向所述體區(qū)下，提高器件的耐高壓特性。其中，所述終端結(jié)構(gòu)110是為了能使由低壓IC工藝產(chǎn)生的PN結(jié)能夠承受高壓而設(shè)計的，所述終端結(jié)構(gòu)110是生產(chǎn)高壓器件的必須和基本技術(shù)。所述終端結(jié)構(gòu)至少包括采用結(jié)終端擴展(Junction Termination Extension,JTE)技術(shù)的結(jié)終端擴展終端結(jié)構(gòu)、采用場限制保護環(huán)(Floating Ring,FR)技術(shù)的場限制保護環(huán)終端結(jié)構(gòu)、采用場板(Field Plate,FP)技術(shù)的場板終端結(jié)構(gòu)、場板(FP)與場限制保護環(huán)(FR)復(fù)合終端結(jié)構(gòu)、或場板(FP)與結(jié)終端擴展(JTE)復(fù)合終端結(jié)構(gòu)，且各該終端結(jié)構(gòu)工藝簡單并與IC工藝兼容。具體地，本實施例中采用場限制保護環(huán)終端結(jié)構(gòu)110，如圖4所示，其中場限制保護環(huán)終端結(jié)構(gòu)110以三個第二導(dǎo)電類型(P型)區(qū)示意，且所示場限制保護環(huán)中的第二導(dǎo)電類型(P型)區(qū)的個數(shù)及其之間的距離根據(jù)具體擊穿電壓可進行優(yōu)化設(shè)計，并不局限于圖4中所示第二導(dǎo)電類型(P)區(qū)的個數(shù)及其之間的距離，在此不一一贅述。[0069]為了便于理解實施例中所述的半導(dǎo)體功率器件的特性，以下介紹其相關(guān)的工作原理的:
[0070]本發(fā)明實施例中的半導(dǎo)體功率器件是綜合IGBT和MOSFET優(yōu)勢的新型功率器件，其中，柵區(qū)域60、源極/發(fā)射極90、源區(qū)50、體區(qū)40、漂移區(qū)30、重摻雜第二導(dǎo)電類型區(qū)70、緩沖層120、集電極102、隔離結(jié)構(gòu)80構(gòu)成基本的縱向IGBT，漏極101、漏區(qū)20、漂移區(qū)30、體區(qū)40、源區(qū)50、柵區(qū)域60、源極/發(fā)射極90、隔離結(jié)構(gòu)80構(gòu)成了基本的橫向DM0S，且所述的基本的縱向IGBT和基本的橫向DMOS共用了所述漂移區(qū)30、體區(qū)40、源區(qū)50、柵區(qū)域60、隔離結(jié)構(gòu)80、源極/發(fā)射極90。
[0071]本實施例中的第一導(dǎo)電類型為N型，第二導(dǎo)電類型為P型，則溝道類型為N溝道。當(dāng)所述柵極602電壓高于所述半導(dǎo)體功率器件的閾值電壓，且漏極101/集電極102電壓大于源極/發(fā)射極90的電壓時，則本發(fā)明實施例中的半導(dǎo)體功率器件正向?qū)ǎ纬芍辽侔ǖ谝徽驅(qū)娏骱偷诙驅(qū)娏鞯恼驅(qū)娏?，如圖5所示。其中，所述第一正向?qū)娏鳛榛镜目v向IGBT的正向?qū)娏鳎瑸榭v向電流，由所述的重摻雜第二導(dǎo)電類型區(qū)70流向溝道，如圖5中的附箭頭的虛線所示；所述第二正向?qū)娏鳛榛镜臋M向DMOS的正向?qū)娏?，為橫向電流，由所述的漏區(qū)20流向溝道，如圖5中的附箭頭的實線所
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[0072]需要指出的是，通過調(diào)整所述重摻雜第二導(dǎo)電類型區(qū)70的摻雜濃度或采用壽命控制的方法，可以調(diào)節(jié)所述第一正向?qū)娏骱偷诙驅(qū)娏鞯碾娏鞣植即笮?，使所述的第一正向?qū)娏髯冃∩踔列∮诘诙驅(qū)娏?。其中，由于本實施例中還設(shè)有緩沖區(qū)120，則調(diào)整所述重摻雜第二導(dǎo)電類型區(qū)70的摻雜濃度的同時，對所述緩沖區(qū)120的摻雜濃度進行調(diào)整，也可以達到調(diào)節(jié)正向?qū)娏鞣植嫉男Ч?；所述壽命控制的方法至少包括電子輻照?br> [0073]此時，所述第二正向?qū)娏鳛橹鲗?dǎo)電流，以保證器件的導(dǎo)通電阻及導(dǎo)通功率損耗降低的同時提高器件的開關(guān)速度(包 括開啟速度和關(guān)斷速度)，原因在于:
[0074]一方面，本實施例中基本的縱向IGBT的重摻雜第二導(dǎo)電類型區(qū)(P+型)70將空穴注入到所述N-型漂移區(qū)30，這種空穴(少子)的注入大大減少了所述N-型漂移區(qū)30的等效電阻，大大增加了電導(dǎo)率，導(dǎo)電性被調(diào)制，即基本的縱向IGBT的小電流(第一正向?qū)娏?用于電導(dǎo)調(diào)制，使本發(fā)明功率器件的N-型漂移區(qū)30的導(dǎo)通電阻減小，因此，使本發(fā)明功率器件的導(dǎo)電能力得到提高，減小了導(dǎo)通壓降，降低了導(dǎo)通功率損耗；
[0075]另一方面，由于所述第二正向?qū)娏?基本的橫向DMOS的正向?qū)娏?為主導(dǎo)電流，其遠大于所述第一正向?qū)娏?基本的縱向IGBT的正向?qū)娏?，因此，對開關(guān)速度(包括開啟速度和關(guān)斷速度)的影響而言，第二正向?qū)娏鬟h大于第一正向?qū)娏鳟a(chǎn)生的影響，換言之，本發(fā)明半導(dǎo)體功率器件的開關(guān)速度(包括開啟速度和關(guān)斷速度)主要取決于正向?qū)娏髦械诙驅(qū)娏鞯挠绊?，即較慢開關(guān)速度的基本的縱向IGBT產(chǎn)生的第一正向?qū)娏鲗Ρ景l(fā)明半導(dǎo)體功率器件開關(guān)速度的影響小，進一步，由于產(chǎn)生第二正向?qū)娏鞯幕镜臋M向DMOS是多子(電子)導(dǎo)電，從而其開關(guān)速度(包括開啟速度和關(guān)斷速度)非常快，因此，本發(fā)明半導(dǎo)體功率器件的開關(guān)速度(包括開啟速度和關(guān)斷速度)相較于傳統(tǒng)IGBT而言得到明顯提高，本發(fā)明優(yōu)化設(shè)計的器件的可以到達100 kHz以上，使本發(fā)明器件能在在比傳統(tǒng)IGBT高10倍的開關(guān)頻率下工作。[0076]本實施例中的第一導(dǎo)電類型為N型，第二導(dǎo)電類型為P型，則溝道類型為N溝道。當(dāng)所述的漏極101/集電極102電壓小于源極/發(fā)射極90的電壓時，則本發(fā)明實施例中的半導(dǎo)體功率器件反向?qū)ǎ鐖D6所示，所述的P型體區(qū)40、N-型漂移區(qū)30、及N+型漏區(qū)20構(gòu)成的反向?qū)ǘO管，形成由所述的P型體區(qū)40流向N+型漏區(qū)20的反向?qū)娏鳎鉀Q現(xiàn)有技術(shù)中的IGBT需要外接反向?qū)ǘO管的問題。
[0077]需要指出的是，對于其他實施例中的半導(dǎo)體功率器件，第一導(dǎo)電類型為P型，第二導(dǎo)電類型為N型時，則溝道類型為P溝道，所述半導(dǎo)體功率器件正向?qū)ê头聪驅(qū)ǖ臈l件、及正向?qū)娏骱头聪驅(qū)ǖ牧飨虿煌诒緦嵤├那闆r，但電流大小不受其影響，具體如下；
[0078]當(dāng)所述柵極電壓低于所述半導(dǎo)體功率器件的閾值電壓，且漏極/集電極電壓小于源極/發(fā)射極的電壓時，則所述半導(dǎo)體功率器件正向?qū)ǎ业谝徽驅(qū)娏饔蓽系懒飨蛩龅闹負诫s第二導(dǎo)電類型區(qū)(N+)(未圖示)，第二正向?qū)娏饔蓽系懒飨蛩龅穆﹨^(qū)(P+)(未圖示)；
[0079]當(dāng)漏極/集電極電壓大于源極/發(fā)射極的電壓時，則所述半導(dǎo)體功率器件反向?qū)?，所述的N型體區(qū)、P-型漂移區(qū)、及P+型漏區(qū)構(gòu)成的反向?qū)ǘO管，形成由所述的P+型漏區(qū)流向N型體區(qū)的反向?qū)娏?未圖示)，解決現(xiàn)有技術(shù)中的IGBT需要外接反向?qū)ǘO管的問題。
[0080]綜上所述，本發(fā)明的半導(dǎo)體功率器件，通過巧妙地結(jié)合傳統(tǒng)IGBT和功率MOSFET(VDMOS)的優(yōu)點，形成具有共用部分的由基本的縱向IGBT和基本的橫向DMOS組成的新型半導(dǎo)體功率器件；調(diào)整本發(fā)明的重摻雜第二導(dǎo)電類型區(qū)的摻雜濃度或采用壽命控制的方法，以調(diào)芐基本的縱向IGBT產(chǎn)生的第一正向?qū)娏餍∮诨镜臋M向DMOS產(chǎn)生的第二正向?qū)娏鞯碾娏?，使本發(fā)明相較于現(xiàn)有技術(shù)中的IGBT和VDMOS而言，在保證器件的導(dǎo)通電阻及導(dǎo)通功率損耗降低的同時提高器件的開關(guān)速度(包括開啟速度和關(guān)斷速度)，綜合了傳統(tǒng)IGBT和VDMOS所具有的優(yōu)勢，·使本法明的半導(dǎo)體功率器件具有更廣闊的應(yīng)用前景，可用在電源、太陽能逆變器、電機驅(qū)動等需要高壓高頻開關(guān)的應(yīng)用領(lǐng)域。所以，本發(fā)明有效克服了現(xiàn)有技術(shù)中的種種缺點而具高度產(chǎn)業(yè)利用價值。
[0081]上述實施例僅例示性說明本發(fā)明的原理及其功效，而非用于限制本發(fā)明。任何熟悉此技術(shù)的人士皆可在不違背本發(fā)明的精神及范疇下，對上述實施例進行修飾或改變。因此，舉凡所屬【技術(shù)領(lǐng)域】中具有通常知識者在未脫離本發(fā)明所揭示的精神與技術(shù)思想下所完成的一切等效修飾或改變，仍應(yīng)由本發(fā)明的權(quán)利要求所涵蓋。
【權(quán)利要求】
1.一種半導(dǎo)體功率器件，其特征在于，所述器件至少包括: 集電極； 重摻雜第二導(dǎo)電類型區(qū)，形成于所述集電極上； 漂移區(qū)，為輕摻雜第一導(dǎo)電類型，形成于所述重摻雜第二導(dǎo)電類型區(qū)上； 體區(qū)，為第二導(dǎo)電類型，形成于所述漂移區(qū)頂部的一側(cè)； 源區(qū)，為重摻雜第一導(dǎo)電類型，形成于所述體區(qū)頂部，且在所述的源區(qū)外的一側(cè)體區(qū)表面形成有溝道； 柵區(qū)域，形成于所述溝道及漂移區(qū)上，且與所述的源區(qū)和體區(qū)接觸； 漏區(qū)，為重摻雜第一導(dǎo)電類型，形成于所述漂移區(qū)頂部且相對于所述體區(qū)的另一側(cè)；隔離結(jié)構(gòu)，覆蓋于所述柵區(qū)域及漂移區(qū)的表 面，并分別設(shè)有暴露出部分所述的源區(qū)和體區(qū)、及暴露出部分所述漏區(qū)的通孔； 源極/發(fā)射極，覆蓋于所述柵區(qū)域表面的隔離結(jié)構(gòu)，并通過所述隔離結(jié)構(gòu)的通孔與部分所述的源區(qū)和體區(qū)接觸，以供所述的源區(qū)、體區(qū)實現(xiàn)電連接； 漏極，形成于所述漏區(qū)上，通過所述隔離結(jié)構(gòu)的通孔與部分所述漏區(qū)接觸，且所述的漏極與集電極通過引線連接在一起，形成實現(xiàn)電連接的漏極/集電極； 終端結(jié)構(gòu)，形成于所述漂移區(qū)的頂部，且形成于所述體區(qū)與漏區(qū)之間，以降低表面電場，使電擊穿的部位由表面移向所述體區(qū)之下，提高器件的耐高壓特性。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體功率器件，其特征在于:所述的漂移區(qū)與重摻雜第二導(dǎo)電類型區(qū)之間還設(shè)有緩沖區(qū)，即所述的緩沖區(qū)形成于重摻雜第二導(dǎo)電類型區(qū)上，且所述的漂移區(qū)形成于緩沖區(qū)上，其中，所述緩沖區(qū)為重摻雜第一導(dǎo)電類型。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體功率器件，其特征在于:所述的緩沖區(qū)摻雜濃度低于源區(qū)摻雜濃度和漏區(qū)摻雜濃度。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體功率器件，其特征在于:所述終端結(jié)構(gòu)至少包括結(jié)終端擴展終端結(jié)構(gòu)、場限制保護環(huán)終端結(jié)構(gòu)、場板終端結(jié)構(gòu)、場板與場限制保護環(huán)復(fù)合終端結(jié)構(gòu)、或場板與結(jié)終端擴展復(fù)合終端結(jié)構(gòu)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體功率器件，其特征在于:所述柵區(qū)域包括柵介質(zhì)層和形成于所述柵介質(zhì)層上的柵極。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的半導(dǎo)體功率器件，其特征在于:在所述柵極上還設(shè)有絕緣層。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體功率器件，其特征在于:所述半導(dǎo)體功率器件正向?qū)?，在所述器件中形成至少包括第一正向?qū)娏骱偷诙驅(qū)娏鞯恼驅(qū)娏鳎渲?，第一?dǎo)電類型為N型，第二導(dǎo)電類型為P型時，所述第一正向?qū)娏饔伤龅闹負诫s第二導(dǎo)電類型區(qū)流向溝道，所述第二正向?qū)娏饔伤龅穆﹨^(qū)流向溝道；第一導(dǎo)電類型為P型，第二導(dǎo)電類型為N型體區(qū)時，所述第一正向?qū)娏饔伤龅臏系懒飨蛑負诫s第二導(dǎo)電類型區(qū)，所述第二正向?qū)娏饔伤龅臏系懒飨蚵﹨^(qū)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的半導(dǎo)體功率器件，其特征在于:所述的第一正向?qū)娏餍∮诘诙驅(qū)娏?，以保證器件的導(dǎo)通電阻及導(dǎo)通功率損耗降低的同時提高器件的開關(guān)速度。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體功率器件，其特征在于:所述半導(dǎo)體功率器件反向?qū)?，則所述的體區(qū)、漂移區(qū)、及漏區(qū)構(gòu)成反向?qū)ǘO管，其中，第一導(dǎo)電類型為N型、第二導(dǎo)電類型為P型時形成由所述的體區(qū)流向漏區(qū)的反向?qū)娏?，第一?dǎo)電類型為P型、第二導(dǎo)電類型為N型時形成由所述的漏區(qū) 流向體區(qū)的反向?qū)娏鳌?br> 【文檔編號】H01L27/06GK103579231SQ201210262785
【公開日】2014年2月12日 申請日期:2012年7月26日 優(yōu)先權(quán)日:2012年7月26日
【發(fā)明者】黃勤 申請人:無錫維賽半導(dǎo)體有限公司