[发明专利]双向功率器件及其制造方法

说明书

公开了一种双向功率器件及其制造方法，双向功率器件包括：半导体层；位于半导体层中的沟槽；位于沟槽侧壁上的栅介质层；位于沟槽内的控制栅，控制栅从半导体层的第一表面延伸至沟槽下部；其中，控制栅与半导体层之间由栅介质层隔开。本申请中沟槽内的控制栅从半导体层的第一表面延伸至沟槽下部，源区和漏区从半导体层的第一表面延伸至于沟槽下部的控制栅交叠。源区和漏区延伸的长度较长，使得源区和漏区在双向功率器件截止时可以承担纵向方向上源区和漏区上施加的高压，提高双向功率器件的耐压特性。

技术领域

本发明涉及半导体制造技术领域，特别涉及一种双向功率器件及其 制造方法。

背景技术

功率器件主要用于大功率的电源电路和控制电路中，例如作为开关 元件或整流元件。在功率器件中，不同掺杂类型的掺杂区形成PN结， 从而实现二极管或晶体管的功能。功率器件在应用中通常需要在高电压 下承载大电流。一方面，为了满足高电压应用的需求以及提高器件可靠 性和寿命，功率器件需要具有高击穿电压。另一方面，为了降低功率器件自身的功耗和产生的热量，功率器件需要具有低导通电阻。在电源电 路中，经常会涉及到充电和放电，然后充电和放电过程中电流的流向不 同，则要求功率器件具有双向导通的功能。

在美国专利US5612566和US6087740公开了双向导通类型的功率 器件。其中，该双向功率器件包括衬底以及位于衬底上的第一输出极和 第二输出极。衬底为P型衬底或者P型外延或者P型掺杂的阱区；两个 输出极分别由轻掺杂N-区和以及位于轻掺杂N-区中的重掺杂N+区构成。 在功率器件的导通状态，当第一输出极与衬底短接时，电流从第二输出 极流向第一输出极；当第二输出极与衬底短接时，电流从第一输出极流 向第二输出极。

然而，双向功率器件的耐压特性和导通电阻之间是一对矛盾参数。 虽然可以通过降低轻掺杂N-区的杂质浓度，提高击穿电压，获得较好的 耐压特性。但是由于轻掺杂N-区的杂质浓度降低，导致导通电阻的增加， 从而增加功耗。

在双向功率器件中，仍然需要进一步改进以兼顾耐压特性和导通电 阻的要求。

发明内容

鉴于上述问题，本发明的目的在于提供一种双向功率器件及其制造 方法，其中，通过调整沟槽的宽度以及源区和漏区在半导体层中延伸的 长度，以兼顾耐压特性和导通电阻的要求。

根据本发明的第一方面，提供一种双向功率器件，包括：半导体层； 位于半导体层中的沟槽；位于所述沟槽侧壁上的栅介质层；位于所述沟 槽内的控制栅，所述控制栅从所述半导体层的第一表面延伸至所述沟槽 下部；其中，所述控制栅与所述半导体层之间由所述栅介质层隔开。

优选地，位于所述半导体层中且邻近控制栅的源区和漏区，位于所 述半导体层中且邻近所述沟槽下部的控制栅的沟道区。

优选地，所述源区和漏区从所述半导体层的第一表面延伸至与所述 沟槽下部的控制栅交叠。

优选地，所述源区和漏区在所述半导体层中延伸的长度为0.5～1.5um。

优选地，所述半导体层的掺杂类型为第一掺杂类型，所述源区和漏 区的掺杂类型为第二掺杂类型，所述沟道区的掺杂类型为第一掺杂类型 或第二掺杂类型，第一掺杂类型和第二掺杂类型相反。

优选地，所述沟槽的长度为1.2～2.2um，宽度为0.1～0.6um。

优选地，所述半导体层选自半导体衬底本身、在半导体衬底上形成 的外延层或者在半导体衬底中注入的阱区中的一种。

优选地，所述双向功率器件还包括：第一接触，与所述源区相接触 以形成第一输出电极；第二接触，与所述漏区相接触以形成第二输出电 极；第三接触，与所述半导体层相接触以形成衬底电极；第四接触，与 所述控制栅相接触以形成栅电极。