[发明专利]常关型场效应晶体管及其制造方法和编程功率场效应晶体管的方法

说明书

技术领域

本说明书涉及常关型场效应半导体器件，具体涉及常关型功率场效应晶体管及其制造方法、以及用于对功率场效应晶体管编程的方法。

背景技术

在汽车、消费和工业应用中的现代器件的许多功能（诸如转换电能和驱动电动机或电子仪器）依赖于功率半导体器件。功率半导体器件的重要性稳定地增加，特别是在汽车应用中。例如，混合动力车辆、电动车辆和燃料电池混合动力车辆的能量效率取决于使用的功率半导体器件的性能。出于安全原因，通常常关型操作的功率半导体器件是期望的。利用常关型操作功率半导体器件，可以简化诸如逆变器的电功率器件的电路并由此增加器件效率。目前，硅功率IGBT（绝缘栅双极晶体管）和硅功率MOSFET被用作常关型操作器件，但是这些器件主要由于它们的材料特性而限制了性能。目前实现的SiC（碳化硅）常关型操作功率MOSFET（金属氧化物半导体场效应晶体管）通常由于在SiC与广泛使用的栅氧化物SiO₂（二氧化硅）之间的界面附近的低的电荷载流子迁移率而具有相对高的开态电阻（Ron）。因此，与具有高阻断能力的常开型操作宽带隙功率半导体器件（诸如SiC-JFET（结型FET）或GaN-MESFET（氮化镓金属半导体FET））串联的常关型操作低电压Si-MOSFET的级联（cascode）电路通常被用在汽车应用中以实现常关操作。然而，为这些级联电路定尺寸是难的。具体而言，几乎不可以控制切换边缘。另外，在关断级联电路期间会驱动级联电路的低电压半导体器件雪崩击穿。因此，存在对改进常关型操作功率半导体器件（特别是常关型操作宽带隙功率半导体器件）的持续的需要。

发明内容

根据一个实施例，提供了功率场效应晶体管。该功率场效应晶体管包括具有第一掺杂浓度的第一导电型的本体区、与本体区一起形成pn结的第二导电型的沟道区、以及绝缘栅电极结构。绝缘栅电极结构相对于沟道区绝缘，并包括栅电极和布置在栅电极与沟道区之间的俘获电荷的层。俘获电荷的电荷类型等同于沟道区的多数电荷载流子的电荷类型。俘获电荷的每面积的载流子密度等于或大于通过沿着本体区与栅电极结构之间的沟道区中的线积分第一掺杂浓度而获得的载流子密度。

根据一个实施例，提供了一种用于形成半导体器件的方法。提供了如下晶片：其具有主水平表面和延伸到主水平表面的第二导电型的半导体层。第一介电层被形成在主水平表面上。第二层被沉积在该介电层上。第二介电层被形成在第二层上。栅电极被形成在第二介电层上。源电极被形成为与半导体层欧姆接触。半导体器件被形成以使得俘获电荷被封在栅电极与半导体层之间，当栅电极和源电极处于相同电势时，俘获电荷使紧邻栅电极的半导体层中的沟道区耗尽。

本领域的技术人员在阅读以下详细描述时和在查看附图时将认识到其它的特征和优点。

附图说明

在说明书的余下部分中参照附图更具体地阐述了对于本领域的技术人员来说本发明全面的能够实现的公开内容（包括本发明的最佳方式）。在附图中：

图1示意性示出了根据一个或更多个实施例的半导体器件的垂直横截面；

图2示意性示出了根据一个或更多个实施例的半导体器件的垂直横截面；

图3示意性示出了根据一个或更多个实施例的半导体器件的垂直横截面；

图4示意性示出了根据一个或更多个实施例的半导体器件的垂直横截面；

图5示意性示出了根据一个或更多个实施例的半导体器件的垂直横截面；

图6示意性示出了根据一个或更多个实施例的半导体器件的垂直横截面；

图7示意性示出了根据一个或更多个实施例的半导体器件的垂直横截面；

图8示意性示出了根据一个或更多个实施例的半导体器件的垂直横截面；

图9示意性示出了根据一个或更多个实施例的半导体器件的垂直横截面；

图10示意性示出了根据一个或更多个实施例的半导体器件的垂直横截面；

图11示意性示出了根据一个或更多个实施例的半导体器件的垂直横截面；

图12-16示出了根据一个或更多个实施例的制造工艺；

图17示出了根据一个或更多个实施例的编程工艺。

具体实施方式