[实用新型]场效应半导体器件

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种半导体器件，尤其涉及一种绝缘栅双极型晶体管（IGBT）和一种功率MOSFET。

背景技术

绝缘栅双极型晶体管（IGBT）是由金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）和双极型晶体管（BJT）复合而成的半导体器件，其兼具这两种器件的优点，既具有MOSFET的驱动功率小和开关速度快的优点，又具有BJT的饱和压降低且电流承载能力大的优点。因此，近年来IGBT已广泛应用于诸如交流电机、变频器、开关电源、照明电路、牵引传动等需要进行电力转换的领域。

图1示出了现有IGBT的一个实例。如图1所示，IGBT10被示出为具有沟槽栅场终止型结构，其包括顺次层叠的p型集电区11、n型场终止区12、n-型漂移区13、p型基区14、n+型源区15和层间电介质层18，以及形成在n-型漂移区13、p型基区14和n+型源区15中的栅极16和栅极电介质层17。

进一步地，在图1所示的IGBT10中，栅极16包括具有均匀截面宽度的上部栅极161以及截面宽度大于上部栅极161的截面宽度的下部栅极162。这种结构可被称为局部窄台（PNM：Partially Narrow Mesa）结构。在Masakiyo Sumitomo等人发表于2012年第24届国际功率半导体器件与功率集成电路会议（ISPSD：International Symposium on Power Semiconductor Devices and IC）的论文“Low Loss IGBT with Partially Narrow Mesa Structure(PNM-IGBT)”以及美国专利第US7800187B2号中记载了具有类似结构的IGBT。通过形成如图1中虚线框所示的局部窄台结构（两个相邻沟槽栅极之间的基区被窄化），能够在确保不减小金属-半导体接触面积的情况下减小台面宽度（两个相邻沟槽栅极之间的基区的宽度），从而IGBT10的饱和电压显著降低，并且通态电压和关断损耗之间也能获得良好权衡。

然而，当图1所示的IGBT10工作时，由于台面区域变窄而使得窄台结构区域的底部的电场强度增加。高电场易于在栅极沟槽的底部出现，尤其是对于台区非常窄的IGBT结构的情况，因为在该情况下p型基区无法支持阻断电压的显著部分，从而电场主要集中于栅极沟槽的底部附近区域。此外，在IGBT10关断期间，窄台结构区域中的大部分或者几乎所有的电流由空穴运载。因此，该情况下，在由流过p型基区14与n-型漂移区13之间形成的空间电荷区的大量空穴产生的正电荷的附加作用下，高电场主要在栅极沟槽的底部出现的这一效应甚至将被增强。因此，这便要求在栅极沟槽底部附近的硅与栅极电介质（n-型漂移区13与围绕在下部栅极162外部的栅极电介质层17的横向部分）之间形成良好限定的且长期稳定的界面。

另一方面，局部窄台绝缘栅双极型晶体管（PNM-IGBT）通常在其MOS沟道（主要由p型基区14的紧靠栅极电介质层17的一部分构成）内要承载非常大的电流密度。因此，在沟道区附近，也要求在硅与栅极电介质之间（例如，p型基区14与栅极电介质层17之间）形成电学参数长期稳定的界面。

此外，功率MOSFET与上述PNM-IGBT的不同之处主要在于上述p型集电区11被替换为n+漏极区，而对于窄台结构基本没有任何变化。因此，同样存在如上所述的问题和相应的界面稳定性要求。尤其是对于基于补偿原理的功率MOSFET和低电压MOSFET器件，由于漂移区对通态电阻的贡献相对较小，而沟道区电阻对通态电阻的贡献相对较大，在沟道区需要很高且长期稳定的电子或空穴（取决于导电类型）的迁移率，因此需要保证沟道区附近的界面稳定性。

实用新型内容

鉴于上述问题，期望提供一种在沟道区和栅极沟槽底部附近具有良好限定且长期稳定的半导体层与电介质层之间的界面的半导体器件。

本实用新型提供了一种场效应半导体器件，包括：发射极；以及半导体主体，其中，所述半导体主体包括：第一基区，具有第一导电类型；源极区，具有与所述第一导电类型不同的第二导电类型并与所述第一基区形成第一pn结；以及至少一个沟槽，其中，所述至少一个沟槽填充有栅电极，且其中，所述至少一个沟槽具有第一沟槽部分和第二沟槽部分，所述第一沟槽部分具有第一宽度，所述第二沟槽部分具有第二宽度，所述第二宽度不同于所述第一宽度；栅极绝缘部，部分与所述第一基区相邻，其中，所述第一基区的与所述栅极绝缘部接触的界面是{100}等效晶面。