[发明专利]半导体元件及其制造方法

说明书

技术领域

本发明一般涉及半导体元件，并且更具体地，涉及功率开关半导 体元件。

背景技术

金属氧化物半导体场效应晶体管(“MOSFET”)是一种普通类 型的功率开关器件。MOSFET器件包括源区、漏区、在源区和漏区 之间延伸的沟道(channel)区以及相邻于沟道区提供的栅极结构。栅极 结构包括传导性的栅极电极层，其被相邻于沟道区布置并通过薄的电 介质层与沟道区隔开。当足够强度的电压施加到栅极结构以使 MOSFET器件处于导通状态时，传导沟道区在源区和漏区之间形成， 从而允许电流流过器件。当施加到栅极的电压不足够使沟道形成时， 电流就不流过并且MOSFET器件处于截止状态。

目前的高电压功率开关市场受两个主要参数推动：击穿电压 (“BVdss”)和导通电阻(“Rdson”)。对于特定应用，要求最小的 击穿电压，并且事实上，设计者一般能够达到BVdss技术要求。但是， 这通常是在损害Rdson的情况下实现的。对于使用高电压功率开关器 件的制造商和用户来说，性能上的权衡(trade-off)是主要的设计挑战。 因为功率MOSFET器件在P-型传导性体区(body region)和N-型传 导性外延区之间具有固有的P-N结二极管，因此产生了另一个挑战。 该固有的P-N结二极管在某些运行条件下导通，并且在P-N结上存储 电荷。当突然的反向偏压被施加到P-N结二极管时，所存储的电荷就 产生负电流流动，直到电荷完全耗尽为止。电荷耗尽的时间被称为反 向恢复时间(Trr)，并且其延迟了功率MOSFET器件的开关速度。 此外，因为峰值反向恢复电流(Irr)和反向恢复时间的存在，所存储 的电荷(Qrr)还导致了开关电压电平中的损耗。

因此，存在一种具有较低Rdson、较高击穿电压和较低的开关损 耗(即，较低的Qrr损耗)的半导体元件以及用于制造该半导体元件 的方法是有利的。进一步有利的是，半导体元件的制造是成本有效的。

附图说明

结合附图，根据对下列详细说明的阅读，将更好地理解本发明， 其中，类似的参考标号表示类似的元件，其中：

图1是根据本发明的实施方案的处于初期制造阶段的半导体元 件的横截面视图；

图2是处于后期制造阶段的图1的半导体元件的横截面视图；

图3是处于后期制造阶段的图2的半导体元件的横截面视图；

图4是处于后期制造阶段的图3的半导体元件的横截面视图；

图5是处于后期制造阶段的图4的半导体元件的横截面视图；

图6是处于后期制造阶段的图5的半导体元件的横截面视图；

图7是处于后期制造阶段的图6的半导体元件的横截面视图；

图8是处于后期制造阶段的图7的半导体元件的横截面视图；以 及

图9是根据本发明的另一实施方案的处于制造期间的半导体元 件的横截面视图。

为了简单说明和易于理解，除非特别指出，否则各个图中的元件 不一定按照比例绘制。在一些情况下，为了不模糊本公开内容，没有 详细描述公知的方法、程序、元件和电路。下列详细说明实质上仅仅 是示意性的，并不旨在限制本文件的公开内容以及所公开的实施方案 的用途。此外，不旨在受到出现在前述文本，包括名称、技术领域、 背景技术或摘要中的任何所表达或默示的理论的限制。

具体实施方式

一般地，本发明提供了一种半导体元件，其可以包括肖特基器件、 半导体器件、边缘终端(edge termination)结构或其组合，其中的半导 体器件例如场效应晶体管或沟槽(trench)型场效应晶体管、垂直功率 场效应晶体管、功率场效应晶体管。应该注意，功率场效应晶体管还 被称为垂直型功率器件，而垂直场效应晶体管还被称为功率器件。根 据一个实施方案，半导体元件形成在半导体材料中，所述半导体材料 包括布置在半导体基片(substrate)上的两层外延材料。外延层和半导 体基片具有相同的传导性类型，但是上(top)外延层的电阻系数大于半 导体基片的电阻系数。肖特基器件和功率场效应晶体管由上外延层形 成。肖特基器件由多个沟槽结构形成。