[发明专利]功率半导体器件及其应用

说明书

本发明公开了一种功率半导体器件及其应用，功率半导体器件包括：基体，基体内设有第一金属区、源区、栅氧介质层和栅电极区，栅氧介质层包绕栅电极区，源区位于第一金属区与栅氧介质层之间且源区的侧壁分别与第一金属区和栅氧介质层接触，第一金属区、源区、栅氧介质层与栅电极区的表面与基体的一侧表面平齐，基体和源区具有同一导电类型，基体的材料的功函数小于第一金属区的材料的功函数；绝缘介质层，绝缘介质层设置在栅氧介质层、栅电极区以及源区上。上述功率半导体器件结构中，第一金属区与基体间形成了肖特基体二极管，避免了双极退化现象，还可以耗尽栅电极区的漂移区，使半导体器件成为常闭型器件，减少半导体器件的漏电流。

技术领域

本发明涉及半导体器件技术领域，特别是涉及一种功率半导体器件及其应用。

背景技术

功率金属氧化物半导体场效应管是在金属氧化物半导体场效应晶体管集成电路工艺的基础上发展起来的新一代电力电子开关器件，在微电子工艺基础上满足了电力设备高功率以及大电流的要求。

如图1所示，一种传统的沟槽型金属氧化物半导体场效应管器件10包括第一导电类型的衬底110和漂移区111，第二导电类型的基区120，第一导电类型的源区112，漏电极130、源电极131、栅电极113，以及栅氧介质132和绝缘介质133。上述沟槽型金属氧化物半导体场效应管器件的操作模式可以这样描述：当栅电极113施加阈值以下的电压时，漏电极130可以承受相对于源电极131的比较大的正电压，并且通过源电极131和漏电极130之间的电流很小。当栅电极113施加的电压大于阈值电压时，在基区120与栅氧介质132接触的界面附近会形成反转层，使源电极和漏电极之间可以通过比较大的电流。但是由于基区120与栅氧介质132界面处的界面态密度很大，使沟槽型金属氧化物半导体场效应管器件有比较大的导通电阻。如图2所示，一种可以降低器件导通电阻的结构，称为积累型金属氧化物半导体场效应管器件20，与图1示例出的结构相比，该结构没有第二导电类型的基区。上述积累型金属氧化物半导体场效应管器件的操作模式可以这样描述：当栅电极213施加的相对于源电极231的电压低于阈值电压时，栅电极213与漂移区211之间的功函数差可以使两个栅电极213之间的漂移区211完全耗尽，使得漏电极230可以承受相对于源电极231的比较大的电压而通过它们之间的电流很小。当栅电极213施加的电压大于阈值电压时，在栅极介质232附近出现积累电子层220a，使器件可以获得较大的导通电流。通常图2示例出的器件的导通电阻要低于图1示例出的器件，但是要使得图2中的器件成为实际中常用的常闭型器件，那么栅电极213之间的距离要非常小(比如0.2μm)，这样小的距离在工艺上比较难实现。

发明内容

基于此，有必要提供一种工艺简单且为常闭型器件的功率半导体器件及其应用。

本发明提供一种功率半导体器件，包括：

基体，所述基体内设有第一金属区、源区、栅氧介质层和栅电极区，所述栅氧介质层包绕所述栅电极区，所述源区位于所述第一金属区与所述栅氧介质层之间且所述源区的侧壁分别与所述第一金属区和所述栅氧介质层接触，所述第一金属区、所述源区、所述栅氧介质层与所述栅电极区的表面与所述基体的一侧表面平齐，所述基体和所述源区具有同一导电类型，所述基体的材料的功函数小于所述第一金属区的材料的功函数；

绝缘介质层，所述绝缘介质层设置在所述栅氧介质层、所述栅电极区以及所述源区上。

在其中一个实施例中，还包括第二金属区，所述第二金属区设置在所述第一金属区的远离与所述基体平齐的一侧，所述第二金属区的材料的功函数大于所述基体的材料的功函数，且所述第二金属区的材料的功函数小于所述第一金属区的材料的功函数。

在其中一个实施例中，所述基体包括衬底和设置于衬底上的漂移区，所述第一金属区、源区、栅氧介质层和栅电极区设置于所述漂移区内，且表面与所述漂移区的远离所述衬底的一侧表面平齐。

在其中一个实施例中，所述衬底的材料以及所述漂移区的材料选自碳化硅、氮化镓以及氧化镓中的至少一种。