具有减小的栅极电阻的功率fet的制作方法
【专利说明】具有减小的栅极电阻的功率FET
[0001]本申请要求于2014年12月16日提交的、题为“Mul t ip I e Metal Layers toImprove Gate Delay in Power Transistors” 的、序列号为62/092423的美国临时申请的权益和优先权。该临时申请的公开内容因此通过引用被全文结合于本申请之中。
技术领域
[0002]本公开的实施方式涉及具有减小的栅极电阻的功率场效应晶体管(FET)。
【背景技术】
[0003]诸如电压调节器之类的功率转换器在各种电子电路和系统中得到试用。许多集成电路(IC)应用例如需要将直流(DC)输入电压转换为更低或更高的DC输出电压。例如，降压转换器可以被实施为将较高电压的DC输入转换为较低电压的DC输出，以便在其中需要相对大的输出电流的低压应用中使用。
[0004]功率转换器的输出级通常包括功率场效应晶体管(FET)形式的高压侧控制晶体管和低压侧同步(sync)晶体管。包括这样的功率FET的功率转换器的开关速度和停滞时间要求至少部分由那些FET的栅极电阻确定。作为结果，具有减小的栅极电阻的功率FET的实施方式将会是有利的。
【发明内容】
[0005]本公开涉及于一种基本上如结合至少一个附图所示出和/或描述并且如权利要求中所给出的具有减小的栅极电阻的功率场效应晶体管(FET)。
【附图说明】
[0006]图1示出了示例性功率转换器的示图。
[0007]图2示出了根据一种示例性实施方式的适于在图1的功率转换器中使用的功率场效应晶体管(FET)的顶视图。
[0008]图3A示出了图2中的示例性功率FET沿该图中的透视线3A-3A截取的截面图。
[0009 ]图3B示出了图2中的示例性功率FET沿该图中的透视线3B-3B截取的截面图。
[0010]图3C示出了图2中的示例性功率FET沿该图中的透视线3C-3C截取的截面图。
【具体实施方式】
[0011]以下描述包含有关本公开中的实施方式的具体信息。本领域技术人员将会认识至IJ，本公开可以以不同于本文中特别讨论的方式来实施。本申请中的附图及其所附的详细描述仅针对于示例性实施方式。除非以其它方式有所提及，否则图中相同或相对应的要素可以由相同或相对应的附图标记所指示。此外，本申请中的附图和图示一般并非依比例绘制，且并非意在对应于实际的相对尺寸。
[0012]如以上所提到的，诸如电压调节器之类的功率转换器在各种电子电路和系统中使用。例如，集成电路(IC)应用可能要求将直流(DC)输入电压转换为更低或更高的DC输出电压。作为具体示例，降压转换器可以被实施为如下电压调节器，其将较高电压的DC输入转换为较低电压的DC输出，以便在其中需要相对大的输出电流的低压应用中使用。
[0013]图1示出了示例性功率转换器的示图。如图1所示，例如，功率转换器100可以使用被配置为半桥的金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)的形式的两个功率开关来实施。也就是说，功率转换器100可以包括具有漏极112、源极114、栅极116和体二极管118的高压侧或控制FET IlO(Q1),以及具有漏极122、源极124、栅极126和体二极管128的低压侧或同步(sync)FET 120(Q2)。
[0014]此外，功率转换器100包括输出电感器102、输出电容器104，以及用于驱动相应的控制和同步FET 110和120的驱动器106。如图1中进一步示出的，控制FET 110的源极114在开关节点132处耦合至同步FET 120的漏极122，该开关节点132进而通过输出电感器102耦合至功率转换器100的输出108。图1中还示出了肖特基二极管130，其被描绘为与同步FET120的体二极管128并联耦合。
[0015]根据图1所示的示例性实施方式，功率转换器100被配置为接收输入电压Vin，并且在输出108处提供经转换的电压，例如经整流和/或逐步减小的电压VQUT。功率转换器100有利地例如可以在各种汽车、工业、电器和照明应用中被用作降压转换器。
[0016]注意到，为了描述的容易和简明，该创新性原理在一些实例中将参考降压转换器的【具体实施方式】进行描述，该降压转换器包括一个或多个基于硅的竖直功率FET。然而，所要强调的是，这样的实施方式仅是示例性的，并且本文中所公开的创新性原理能够宽泛地被应用于各种应用，包括被配置为竖直或横向功率器件的使用基于其它IV族材料或基于II1-V族半导体的功率晶体管所实施的降压和升压转换器。
[0017]进一步注意到，如本文中所描述的，“II1-V族”是指包括至少一种III族元素和至少一种V族元素的化合物半导体。作为示例，II1-V族可以采取II1-氮化物半导体的形式，其包括氮以及至少一种III族元素。例如，III氮化物功率FET可以使用氮化镓来制作，其中一种或多种III族元素包括一定或相当数量的镓，但是也可以包括除镓之外的其它III族元素。因此，在一些实施方式中，控制FET 110和同步FET 120之一或二者可以采用II1-氮化物功率FET的形式，诸如II1-氮化物高电子迀移率晶体管(HEMT)。
[0018]参考图2，图2示出了根据一种示例性实施方式的适于在图1的功率转换器100中使用的功率FET的顶视图。功率FET 220包括有源区234，有源区234具有栅极沟槽226、与栅极沟槽226相邻的高掺杂的源极区224，以及高掺杂的主体扩散区256。如图2所示，栅极沟槽226包括栅极电极240，以及位于栅极电极240和高掺杂源极区224之间的栅极电介质242。图2中还示出了第一金属层272的多个部分，该第一金属层272提供栅极总线248a、248b、248c和248d，并且还形成提供栅极焊盘244和栅极高速通道246的金属堆叠的一部分，以及第二金属层274的多个部分，该第二金属层274提供源极触点260并且还形成提供栅极焊盘244和栅极高速通道246的金属堆叠的一部分。
[0019]如图2中进一步示出的，用于控制功率FET 220的栅极电压可以经由栅极焊盘244、栅极高速通道246以及栅极总线248a、248b、248c和248d被施加至栅极电极240。换句话说，栅极焊盘244、栅极高速通道246以及栅极总线248a、248b、248c和248d共同形成了功率FET220的栅极触点。
[0020]除了以上所标示出的功率FET 220的特征之外，图2还包括分别对应于图3A、3B和3C所示并且在以下更为详细描述的功率FET 220的截面图的透视线3A-3A、3B-3B和3C-3C。应当注意的是，根据图2所示的顶视图，栅极总线248a、248b、248c和248d被描绘为好似部分透过第二金属层274以及第二金属层274下方的电介质层(图2中看不到的电介质层)所看到的那样。此外，栅极沟槽226、高掺杂源极区224和高掺杂的主体扩散区256被描绘为好似透过第一和第二金属层272和274，以及一个或多个电介质层(图2中看不到的一个或多个电介质层)所看到。因此，有源区234的对应于透视线3A-3A和3B-3B的多个部分位于源极触点260之下。
[0021]功率FET 220总体上对应于图1中的功率FET 110和120中的任一个或二者，并且可以共享归属于本申请中的那些相对应特征的任意特性。也就是说，功率FET 220可以被实施为功率转换器的控制FET和同步FET之一或二者。此外