[发明专利]一种低比导通电阻的功率半导体器件

说明书

本发明提供一种低比导通电阻(R_on,sp)的功率半导体器件，包括功率器件、瞬态电压抑制器(TVS)；其中功率器件的高压端电极与瞬态电压抑制器的阳极电极通过金属相连，功率器件的低压端电极与瞬态电压抑制器的阴极电极通过金属相连；本发明可以利用瞬态电压抑制器的钳位特性，降低对于功率器件的耐压(BV)需求，从而由于R_on,sp和BV之间的极限关系，可以进一步降低器件的比导通电阻，从而降低器件的功率损耗。

技术领域

本发明属于电子科学与技术领域，主要涉及半导体技术，具体的说是关于功率半导体器件。

背景技术

高压功率器件是高压功率集成电路发展必不可少的部分。由于功率器件所应用的电路中通常带有电感性负载，而当电感性负载的电流有突然的变化时，电感两端会产生突变电压，可能会破坏其他元件。因此功率器件的击穿电压要求一般会大大高于其工作电压。高压功率器件要求具有高的击穿电压，低的导通电阻和低的开关损耗。高压功率器件为了实现高的击穿电压，要求其用于承担耐压的漂移区具有低掺杂浓度，但为了满足器件低导通电阻，又要求作为电流通道的漂移区具有高掺杂浓度。这一矛盾关系限制了高压功率器件在高压功率集成电路中的应用，尤其是在要求低导通损耗和小芯片面积的电路中。

瞬态电压抑制器(TVS：Transient Voltage Suppressor)是普遍使用的一种新型高效电路保护器件，它具有极快的响应时间(亚纳秒级)和相当高的浪涌吸收能力。当它的两端经受瞬间的高能量冲击时，TVS能以极高的速度把两端间的阻抗值由高阻抗变为低阻抗，以吸收一个瞬间大电流，把它的两端电压钳制在一个预定的数值上，从而保护后面的电路元件不受瞬态高压尖峰脉冲的冲击。

发明内容

本发明要解决的问题是：降低功率器件在实际应用中的耐压要求，随之降低其比导通电阻。

为实现上述发明目的，本发明技术方案如下：

一种低比导通电阻的功率半导体器件，包括：功率器件M1，其中包括：栅电极1、漏电极2、体电极3，源电极4和寄生体二极管5，其中体电极3和源电极4短接；瞬态电压抑制器T1，其中包括阳极6和阴极7；其中功率器件的漏极2与瞬态电压抑制器TVS的阳极6通过金属相连构成高压端电极8，功率器件的源极4与TVS的阴极7通过金属相连构成低压端电极9。

作为优选方式，所述器件包括P型衬底104、位于P型衬底104上方左侧的第一P型阱区103、位于第一P型阱区103右侧且相切的第一N型漂移区114、位于第一N型漂移区114右侧的TVS部分；位于第一P型阱区103内部上方的第一P+接触区101和第一N+接触区111、位于第一P+接触区101上的第一体电极金属151、位于第一N+接触区111上的第一源电极金属152、位于第一N型漂移区114内部上方右侧的第二N+接触区112、位于第二N+接触区112上的第一漏电极金属153、位于第二N+接触区112左侧且部分在第一N型漂移区114内部的第一场氧区141、位于P型衬底104上表面的第一栅氧化层140，其中第一栅氧化层140的左边缘与第一N+接触区111右边缘相切，第一栅氧化层140的右边缘与第一场氧区141相连；位于第一栅氧化层140和第一场氧区141上表面的第一多晶硅栅电极150；其中各电极金属分别与下方的重掺杂接触区形成欧姆接触，其中第一体电极金属151、第一源电极金属152和TVS部分的第一阴极金属通过金属相连，构成第一低压端电极131；第一漏电极金属153和TVS部分的第一阳极金属通过金属相连，构成第一高压端电极132。

作为优选方式，TVS部分包括：位于第一N型漂移区114右侧的第一N型阱区115、位于第一N型阱区115内部上方的第三N+接触区113和第二P+接触区102、位于第三N+接触区113上的第一阳极金属154、位于第二P+接触区102上的第一阴极金属155，其中各电极金属分别与下方的重掺杂接触区形成欧姆接触；位于第三N+接触区113和第二P+接触区102之间且部分在第一N型阱区115内部的第二场氧区142。