[发明专利]具有不同宽度硅柱的高压垂直晶体管

说明书

技术领域

本公开涉及可承受高压的场效应半导体晶体管结构。

背景技术

在半导体技术中，高压场效应晶体管(HVFET)是公知的。很多 HVFET使用的器件结构包括延伸的漏极区域，当该器件为“关”状态时，其 承载或阻挡该施加的高压(例如，几百伏特)。这种类型的HVFET通常 用于功率转换应用中，例如离线电源极的AC/DC转换器、马达控制等。 这些器件可以在高压下转换，并在实现“开”态最小化电流电阻的同时实现 关态的高阻挡电压。该阻挡或击穿电压通常缩写表示为Vbd或BV。首字 母缩略词Rds涉及该延伸漏极区域中的电阻和表面面积的乘积，并通常用 来描述器件的开态性能。

在现有的垂直HVFET结构中，半导体材料的台或柱构成用于开态电 流的延伸区域或漂移区域。该硅柱结构通常形成为跑道形状，具有在垂直 于该柱长度方向上的重复的柱结构。图1示出传统高压垂直晶体管硅柱图 案的一端。这一结构的特征在于由半圆(即，放射状)的尖端区域连接一 对长、直的边带区域。尖端和边带区域的该柱宽(PW)全部恒定。该垂 直器件结构特征在于形成在该衬底顶面附近的沟槽栅极，其邻近该柱的侧 壁区域，在该处主体区域布置在该延伸漏极区域之上。向该栅极极施加合 适的电动势使得沿着该主体区域的垂直侧壁部分形成导电沟道，以便电流 垂直地流过该半导体材料，即，从设置源极区域的衬底顶面，穿过漂移区域 直至设置漏极区域的该衬底底部。该漂移区域通常为轻掺杂，以便当该器 件关断时承载施加到该漏极区域的高压。因此，该延伸漏极区域掺杂的降 低与长度的增加对该器件的开态性能具有有害的影响，两者都引起了开态 电阻的增加。换句话说，传统的高压FET设计特征在于在BV与Rds之间 的权衡。

发明内容

本发明提供一种用于功率转换应用(例如离线电源控制的AC/DC功 率转换器和马达控制)的垂直高压场效应晶体管(HVFET)，包括：布置 在环形图案中的半导体材料柱，环形图案具有至少两个平行并且线性的边 带部分以及至少两个圆形部分，每个边带部分具有第一宽度，圆形部分具 有比第一宽度窄的第二宽度，第一导电类型的源极区域设置在柱的顶表面 上或附近，第二导电类型的主体区域设置在位于源极区域之下的柱中；第 一和第二电介质区域，设置在柱的相反侧，第一电介质区域横向地被柱围 绕，第二电介质区域横向地围绕柱；第一和第二场板，分别设置在第一和 第二电介质区域中。

优选地，垂直高压场效应晶体管进一步包括分别在第一和第二电介质 区域中设置于邻近主体区域的柱的顶表面上或附近的第一和第二栅极部 件，第一和第二栅极部件通过栅极氧化物与主体区域间隔开。

优选地，其中，柱与第一和第二场板间沿着柱的所有点间隔开恒定的 间距。

优选地，其中间距与分别间隔开场板与柱的第一和第二电介质区域的 侧向厚度相同。

优选地，其中柱进一步包括过渡部分，每一个过渡部分具有至少一个 变细的边缘，边缘将边带部分由第一宽度窄化至第二宽度。

优选地，垂直高压场效应晶体管进一步包括延伸部分，每一个延伸部 分具有第二宽度，并将对应的一个过渡部分与一个圆形部分连接到一起。

优选地，其中第一和第二栅极部件与第一和第二场板完全绝缘。

优选地，其中每个过渡部分包括设置在柱相对侧上的一对锥形边缘， 该对锥形边缘将边带部分的第一宽度窄化至第二宽度。

优选地，其中至少两个圆形部分包括设置在环形图案相对末端上的一 对半圆部分。

本发明提供一种用于功率转换应用(例如离线电源控制的AC/DC功 率转换器和马达控制)的垂直高压场效应晶体管(HVFET)，包括：具有 垂直厚度的半导体材料柱，形成在环形图案中，柱包括：一对平行且线性 的边带部分，每个边带部分具有第一宽度，边带部分在第一侧向方向上延 伸；以及一对圆形尖端部分，圆形尖端部分具有比第一宽度窄的第二宽 度，其中，柱的垂直厚度至少比边带部分的第一宽度大12倍，以及至少 比尖端部分的第二宽度大15倍。

优选地，其中柱进一步包括位于每一边带部分的每个末端上的过渡部 分，过渡部分经第一距离将柱从第一宽度窄化至第二宽度。

优选地，其中每个过渡部分具有至少一个锥形边缘。

优选地，其中每个过渡部分包括设置在柱相对侧上的一对锥形边缘。