[发明专利]功率半导体器件及其制备工艺

说明书

本发明实施例提供的功率半导体器件及其制备工艺，该功率半导体器件通过在第一导电类型半导体层内设置第一导电类型阱区，在第一导电类型阱区设置第二导电类型阱区，并且第二导电类型阱区被第一导电类型阱区完全包围，这样设置可以降低功率半导体器件的输出电容(Coss)，提高其输入电容(Ciss)与输出电容(Coss)的比值，也即Ciss/Coss的值，同时也能降低栅氧化层的电场，最终提高器件的稳定性。

技术领域

本发明涉及半导体器件技术领域，并且更具体地涉及功率半导体器件及其制备工艺。

背景技术

功率金属氧化物半导体场效应晶体管(“MOSFET”)是一种可在高功率应用中被用作开关器件的众所周知的半导体晶体管类型。可以通过向器件的栅电极施加栅极偏压来接通或关断功率MOSFET。当功率MOSFET被接通时(即它处于其“导通状态”)，电流被传导通过MOSFET的沟道。当从栅电极去除所述偏压(或使所述偏压降低到阈值水平以下)时，电流停止传导通过沟道。举例来说，当足以在器件的p型沟道区中形成导电的n型反型层的栅极偏压被施加时，n型MOSFET接通。该n型反型层电连接MOSFET的n型源极区与漏极区，由此虑及它们之间的多数载流子传导。

薄氧化物栅级绝缘层将功率MOSFET的栅电极与沟道区分隔开。由于MOSFET的栅极与沟道区隔离，因此需要最小栅电流将MOSFET保持在其导通状态或者使MOSFET在其导通状态与其断开状态之间切换。由于栅极与沟道区一起形成电容器，栅电流在切换期间被保持为很小。因此，在切换期间仅需要最小的充电和放电电流，从而虑及较低复杂度的栅极驱动电路。此外，由于MOSFET是单极器件，其中电流传导完全通过多数载流子运输而发生，MOSFET可以表现出非常高的切换速度。然而，功率MOSFET的漂移区会表现出相对高的导通电阻，这是由于缺少少数载流子注入而引起的。该提高的电阻可能限制利用功率MOSFET可获得的正向电流密度。另外，在使用MOSFET的情况下，MOSFET的栅氧化层可能随时间而劣化。

双极结晶体管(“BJT”)是另外一种可以在高功率应用中被用作开关器件的众所周知的半导体器件类型。如本领域技术人员所已知的那样，BJT包括在半导体材料中彼此紧密相邻形成的两个p-n结。在操作中，电荷载流子进入邻近所述p-n结中的一个的、所述半导体材料的第一区(其被称为发射极)。大多数电荷载流子从邻近另一p-n结的、所述半导体材料的第二区(其被称为集电极)离开器件。集电极和发射极形成在所述半导体材料的具有相同导电类型的区域中。所述半导体材料的相对薄的、被称为基极的第三区位于集电极与发射极之间，并且具有与集电极和发射极的导电类型相反的导电类型。因此，BJT的两个p-n结形成在集电极与基极交会的地方和基极与发射极交会的地方。通过使小电流流过BJT的基极，按比例更大的电流从发射极通向集电极。

BJT是电流控制器件，这是因为BJT是通过使电流流过晶体管的基极而被接“通”的(即其被偏置为使得电流在发射极与集电极之间流动)。例如，在NPN BJT(即具有n型集电极和发射极区和p型基极区的BJT)中，典型地通过向基极施加正电压使基极-发射极p-n结正向偏置而使晶体管接通。当器件以这样的方式被偏置时，空穴流入晶体管的基极，在晶体管的基极处它们被注入到发射极中。由于基极是p型区域，因此空穴被称为“多数载流子”，并且空穴在这样的区域中是“正常的”电荷载流子。同时，电子从发射极被注入到基极中，在基极处它们朝向集电极扩散。由于电子在p型基极区中不是正常的电荷载流子，因此这些电子被称为“少数载流子”。由于发射极-集电极电流包括电子和空穴电流两者，因此该器件被称为“双极”器件。

BJT可能需要相对大的基极电流来将器件保持在其导通状态。这样，可能需要相对复杂的外部驱动电路来提供高功率BJT可能需要的相对大的基极电流。此外，由于电流传导的双极特性，BJT的切换速度可能显著地慢于功率MOSFET的切换速度。