[发明专利]具有场效整流元件的功率半导体结构及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种功率半导体结构及其制造方法，特别是关于一种具有场效整流元件的功率半导体结构及其制造方法。

背景技术

在沟槽式功率半导体的应用领域中，越来越注重晶体管的切换速度，切换速度的提升有助于降低高频电路操作下的切换损失(switching loss)。然而，在晶体管的源漏极之间，具有一个寄生二极管(body diode)。晶体管的切换速度会受到寄生二极管的反向回复时间(reverse recovery time)的限制而无法提升。

为了解决此问题，如图1所示，一个典型的方法是在晶体管T1的源漏极间连接一个萧特基二极管SD1。利用萧特基二极管SD1的启动电压低于寄生二极管D1的特性，使电流改由萧特基二极管SD1流动至漏极，避免寄生二极管D1被导通。

虽然使用萧特基二极管SD1可以有效解决寄生二极管D1反向回复时间过长的缺点，但是就半导体的制程来说，在原本的晶体管结构上增加萧特基二极管，势必要改变原有的制造流程，增加许多额外的步骤，进而导致制程的复杂度与成本的提高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种功率半导体结构及其制造方法。此功率半导体结构具有一场效整流元件。此场效整流元件的内部形成一分流通道，可避免晶体管的寄生二极管导通，以提升晶体管切换速度。

本发明的一实施例提供一种具有一场效整流元件的功率半导体结构。此功率半导体结构包括一漏极区、一本体区、一源极区、一栅极通道与一分流通道。其中，本体区位于漏极区的上方。源极区位于本体区内。栅极通道位于本体区内，且邻接于一栅极结构。分流通道位于本体区内，并联于栅极通道，并且由源极区向下延伸至漏极区。分流通道邻接于一导电结构。此导电结构耦接源极区。

本发明的一实施例并提供一种具有一场效整流元件的功率半导体结构的制造方法，包括下列步骤：(a)提供一基材，此基材具有一漏极区；(b)形成一导电结构于漏极区上方；(c)形成一本体区环绕导电结构；以及(d)形成一源极区于本体区上方，耦接至导电结构。其中，邻接于导电结构的本体区内形成一分流通道。分流通道并联于一栅极通道，并且由源极区向下延伸至漏极区。

根据本发明，将场效整流元件整合于既有的半导体制程中，同时发挥了类似萧特基二极管所提供的功效，因而有助于避免制程的复杂度与成本的提高。

关于本发明的优点与精神可以借助于以下的发明详述及附图得到进一步的了解。

附图说明

图1为一利用萧特基二极管改善功率晶体管的切换损失的电路示意图；

图2A至图2G为本发明具有一场效整流元件的功率半导体结构的制造方法的一第一实施例；

图3为本发明具有一场效整流元件的功率半导体结构的制造方法的一第二实施例；

图4为本发明具有一场效整流元件的功率半导体结构的制造方法的一第三实施例；

图5A与图5B为本发明具有一场效整流元件的功率半导体结构的制造方法的一第四实施例；

图6A至图6C为本发明具有一场效整流元件的功率半导体结构的制造方法的一第五实施例；

图7A至图7C为本发明具有一场效整流元件的功率半导体结构的制造方法的一第六实施例；

图8A至图8H为本发明具有一场效整流元件的功率半导体结构的制造方法的一第七实施例；

图9A至图9C为本发明具有一场效整流元件的功率半导体结构的制造方法的一第八实施例；

图10为本发明具有一场效整流元件的功率半导体结构的制造方法的一第九实施例。

【主要元件附图标记说明】

基板100，910

磊晶层110，610，710

硬质罩幕层715

介电层725

光阻层PR

栅极沟槽120a，620a，720a

第二沟槽120b，520b，620b，720b

栅极介电层130，730

多晶硅层640

栅极多晶硅结构140a，440a，640a，740a，940a

第二多晶硅结构140b，440b，540b，640b，740b，940b

垂直部份141，441，541

水平部分142，442，542

本体区150，750，950

本体层650

凹陷区域652，752

源极掺杂区160，760a，760b，860a，860b，960