[发明专利]场效应晶体管及具有其的半导体功率模块和车辆

说明书

本发明公开了一种场效应晶体管及具有其的半导体功率模块和车辆。所述场效应晶体管包括：第一导电类型掺杂的漂移区；漂移区的上表面形成有第二导电类型掺杂区和正面电极层，第二导电类型掺杂区位于漂移区的上表面与正面电极层的下表面之间，第二导电类型掺杂区中形成有第一导电类型的源区；多个沟槽栅结构，多个沟槽栅结构彼此间隔开，每个沟槽栅结构从第二导电类型掺杂区的上表面延伸至漂移区内；漂移区的下表面形成有第二导电类型的集电区和背面电极层，集电区位于漂移区与背面电极层之间；其中，至少一个沟槽栅结构在与漂移区平行的方向沿非直条状延伸。所述场效应晶体管具有更低的正向饱和压降，降低在应用端使用时的损耗。

技术领域

本发明涉及半导体器件领域，尤其是涉及一种场效应晶体管及具有其的半导体功率模块和车辆。

背景技术

相关技术中，以场效应晶体管为代表的功率半导体器件是当今电力电子领域的主流大功率器件。场效应晶体管是通过弱电控制强电的关键器件，广泛应用于各种功率控制电路、驱动电路等电路中，尤其是在各种变频电机、光伏逆变及智能电网、新能源汽车、电力机车牵引驱动等领域有着不可替代的作用。

随着半导体工艺的发展，场效应晶体管例如沟槽型场效应晶体管已经成为市场主流。然而，需要进一步降低场效应晶体管例如沟槽型场效应晶体管(例如沟槽型IGBT)的开关损耗，增大单位面积的电流密度，以增大应用端的转换效率。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种场效应晶体管，所述场效应晶体管具有更低的正向饱和压降，开关损耗较低，单位面积的电流密度较大，从而可以增大应用端的转换效率。

本发明的另一个目的在于提出一种具有上述场效应晶体管的半导体功率模块。

本发明的再一目的在于提出一种具有上述半导体功率模块的车辆。

根据本发明第一方面实施例的场效应晶体管，包括：第一导电类型的漂移区；所述漂移区的上表面形成有第二导电类型掺杂区和正面电极层，所述第二导电类型掺杂区位于所述漂移区的所述上表面与所述正面电极层的下表面之间，所述第二导电类型掺杂区中形成有第一导电类型的源区；多个沟槽栅结构，多个所述沟槽栅结构彼此间隔开，每个所述沟槽栅结构从所述第二导电类型掺杂区的上表面延伸至所述漂移区内；所述漂移区的下表面形成有第二导电类型的集电区和背面电极层，所述集电区位于所述漂移区与所述背面电极层之间；其中，至少一个所述沟槽栅结构在与所述漂移区平行的方向沿非直条状延伸。

由此，根据本发明实施例的场效应晶体管，通过形成有第一导电类型的漂移区和多个沟槽栅结构，在漂移区的上表面形成有第二导电类型掺杂区和正面电极层，所述第二导电类型掺杂区位于所述漂移区的所述上表面与所述正面电极层的下表面之间，所述第二导电类型掺杂区中形成有第一导电类型的源区，多个所述沟槽栅结构彼此间隔开，每个所述沟槽栅结构从所述第二导电类型掺杂区的上表面延伸至所述漂移区内，在漂移区的下表面形成有第二导电类型的集电区和背面电极层，所述集电区位于所述漂移区与所述背面电极层之间，且至少一个沟槽栅结构在与漂移区平行的方向沿非直条状延伸，与沟槽栅结构在与漂移区平行的方向上沿直条状延伸相比，增大了所形成的沟道的长度，沟槽栅结构的非直条状延伸的部分处的沟道区域会产生高浓度电子且在电场效应下会吸附更多的空穴，这增强场效应晶体管导通时的电导调制效应，从而降低开关损耗，提高单位面积电流密度，降低导通电压。

根据本发明的一些实施例，所述沟槽栅结构在与所述漂移区平行的方向沿锯齿状、波浪状、方波状、梯形状中的至少一种弯曲状延伸。

根据本发明的一些实施例，所述沟槽栅结构在与所述漂移区平行的方向沿不规则的曲线延伸。

根据本发明的一些实施例，所述沟槽栅结构包括：贯穿所述第二导电类型掺杂区并延伸到所述漂移区中的沟槽，所述沟槽中填充有多晶硅层，在所述沟槽内表面与所述多晶硅层之间设置有栅氧层。