[发明专利]沟槽式栅极功率金属氧化物半导体场效应晶体管的结构

说明书

本发明提供一种沟槽式栅极功率金属氧化物半导体场效应晶体管的结构，包含：金属层分别设置于结构的上表面与底面；N型半导体基板设置于漏极上；N型漂移区设置于N型半导体基板上；N型电流分散层设置于N型漂移区上；P型阱设置于电流分散层上；N型半导体层设置于P型阱上；第一P型半导体层相邻N型半导体层并设置于P型阱上；沟槽延伸通过N型半导体层、P型阱及N型电流分散层；绝缘层设置于沟槽内；分离栅极设置于沟槽的绝缘层中并被绝缘层包覆；栅极设置于沟槽的绝缘层中且在分离栅极上；半导体保护层设置于沟槽的底部下并相邻于N型漂移区，且绝缘层设置于半导体保护层上；栅极与分离栅极被绝缘层区隔出预设间距，能保护绝缘层不被破坏。

技术领域

本发明是关于一种沟槽式栅极功率金属氧化物半导体场效应晶体管(Trenchmetal-oxide-semiconductor field-effect transistor以下简称:UMOSFET)。

背景技术

碳化硅(silicon carbide,SiC)由硅和碳原子的交替平面的六方晶格的结晶组成，具有比硅较宽的能带和高得多的击穿电场(critical electric field)，故碳化硅元件的击穿电压(breakdown voltage)比硅元件好得多。此外，一般碳化硅同时具有较低的空穴浓度以及较短的少数载子生命周期(minority carrier lifetimes)，而较短的少数载子生命周期允许碳化硅中的双极装置(bipolar devices)比可比硅更快地切换，然而不能有效改善碳化硅双极晶体管的导通电阻，同时操作上需要驱动电流是其缺点。相较之下碳化硅金属氧化物半导体场效应晶体管具有电压驱动且高频操作的优点。

请参考图1，图1显示已知技术UMOSFET结构100示意图，结构100包含金属层101S与101D、N型半导体基板102、N型漂移区(N-drift region)103、P型阱(P-well)105、N型半导体层106、P型半导体层107、沟槽T、绝缘层I、栅极109。由于已知技术1的结构100设计缺陷，击穿电场会在结构100的转角B产生，故转角B(如圆形虚线处所示)的绝缘层I在关断偏压状态(off-state)时容易被击穿电场所破坏；除此之外，图1的结构100的栅极/漏极电容Cgd如粗体虚线范围所示。

请参考图2，图2显示已知技术2的UMOSFET结构200示意图，结构200包含金属层201S与201D、N型半导体基板202、N型漂移区203、N型电流分散层(N-current spreadlayer,N-CSL)204、P型阱205、N型半导体层206、P型半导体层207、沟槽T、绝缘层I、栅极209、半导体保护层210。虽然结构200利用半导体保护层210来改善图1的转角B在关断偏压时容易被击穿电场所破坏的缺点，但结构200由于栅极端与漏极端的电容值较大，故在件切换顺向导通(conducting)与阻绝关断(blocking)状态时，需要较多的时间进行充放电；再者，其栅极/漏极电容Cgd如粗体虚线范围所示，其范围在栅极209深入204的部分。

发明内容

本发明的目的之一，是在提供一种UMOSFET结构具有半导体保护层，可用以保护UMOSFET结构免于被击穿电场所破坏。

本发明的目的之一，是在提供一种UMOSFET结构具有电流分散层，可降低UMOSFET结构的电阻值。

本发明的目的之一，是在提供一种UMOSFET结构具有栅极与分离栅极，用以减少UMOSFET结构的电容值，使元件在阻绝关断与顺向导通状态之间可以快速切换。