[发明专利]场效应半导体器件及其制造方法

说明书

技术领域

本发明的实施例涉及场效应半导体器件，特别是涉及具有集成二极管的功率场效应晶体管，以及用于制造场效应半导体器件的相关方法。

背景技术

半导体晶体管，特别是场效应控制的开关器件，例如结型场效应晶体管(JFET)，金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)和绝缘栅双极晶体管(IGBT)已被用于各种应用，包括但不局限于用作电源和功率转换器，电动汽车，空调，甚至立体声系统中的开关。特别是对于开关式电源，常常期望功率晶体管能够开关大电流和/或在较高电压下工作，并且具有特别低的功率损耗。在开关式电源工作期间，在场效应晶体管(FET)的体区和漂移区域之间形成的体二极管可正向切换。在此运行状态，产生的损耗依赖于体二极管的正向电压降。此外，在切换FET期间使漂移区耗尽导致了开关损耗。开关损耗随着工作频率的增加而增加，这常常期望减小开关式电源的重量和尺寸。

外部或集成肖特基二极管可以用作所谓的续流二极管，以减少开关损耗。然而，外部肖特基二极管需要外部布线，导致产生额外的感应率。集成肖特基二极管通常需要额外的晶片空间和/或更复杂的处理。这可能会导致更高的成本。

因此，需要改进场效应半导体晶体管。

发明内容

根据场效应半导体器件的实施例，场效应半导体器件包括第一带隙材料的半导体本体，其具有主表面。半导体本体在与主表面基本垂直的截面上包括：第一导电类型的漂移区域；第一导电类型的第一沟道区域，其与漂移区域邻接；与第一沟道区域形成第一pn结的第一栅极区域；设置在第一栅极区域下方的第一体区，其与第一沟道区域形成第二pn结，使得第一沟道区域设置在第一pn结和第二pn结之间；以及第一导电类型的第一源极区域，其具有比第一沟道区域高的最大掺杂浓度，并与第一沟道区域邻接。具有第二带隙的第二带隙材料的阳极区域与漂移区域形成异质结，所述第二带隙比第一带隙材料的带隙低。阳极区域是第二导电类型的。当从上方看时，异质结和第一源极区域不重叠。

根据场效应半导体器件的实施例，场效应半导体器件包括第一带隙材料的半导体本体，其具有主表面。半导体本体在与主表面基本垂直的截面上包括：第一导电类型的漂移区域，其延伸到主表面；第一导电类型的两个沟道区域，其邻接漂移区域并且被漂移区域间隔开；由漂移区域间隔开的第二导电类型的两个栅极区域，两个栅极区域中的每一个与两个沟道区域中的一个形成相应的pn结；设置在两个栅极区域下方的两个体区，两个体区中的每一个与两个沟道区域中的一个形成另一pn结；以及第一导电类型的两个源极区域。两个源极区域中的每一个具有比两个沟道区域高的最大掺杂浓度，并与两个沟道区域中的一个邻接。第二带隙材料的阳极区域设置在主表面处。第二带隙材料具有比第一带隙材料低的带隙。阳极区域是第二导电类型的，并且与漂移区域形成异质结。

根据场效应半导体器件的实施例，场效应半导体器件包括具有主表面的半导体本体。半导体本体在与主表面基本正交的垂直截面上包括：由第一带隙材料制成的第一导电性的漂移区域；由第一带隙材料制成的第一导电类型的源极区域，所述源极区域具有比漂移区域高的最大掺杂浓度；由第一带隙材料制成的第二导电类型的体区，所述体区设置在源极区域和漂移区域之间；设置在从主表面延伸至少部分地进入漂移区域中的垂直沟槽中的栅电极，所述栅电极通过栅极介电区域与源极区域、漂移区域和体区绝缘；以及第二带隙材料的阳极区域，所述第二带隙材料具有比第一带隙材料低的带隙。阳极区域是第二导电类型的，与漂移区域形成异质结，并且设置在主表面下面。

根据用于制造场效应半导体器件的方法的实施例，该方法包括：用第一带隙材料形成JFET结构以及形成第二导电类型的和第二带隙材料的阳极区域，所述第二带隙材料具有比第一带隙材料低的带隙。JFET结构被形成为使得该JFET结构包括：第一导电类型的漂移区域，其延伸到第一带隙材料的主表面；第二导电类型的第一栅极区域，其与漂移区域邻接；第一导电类型的第一源极区域，其通过第一沟道区域与漂移区域欧姆接触，所述第一沟道区域具有比源极区域低的最大掺杂浓度；以及设置在第一栅极区域下面的第二导电类型的第一体区，其与第一沟道区域邻接，使得第一沟道区域设置在第一栅极区域和第一体区之间。阳极区域形成在主表面处并与漂移区域形成异质结。

本领域技术人员在阅读下面的详细说明并阅览附图时将认识到另外的特征和优点。

附图说明

图中的部件不必按比例，而是将重点放在说明本发明的原理上。而且，在各图中，类似的参考数字表示相应的部分。在图中：

图1示出了通过根据实施例的半导体器件的半导体本体的垂直截面；