[發明專利]一種Super Junction VDMOS器件

無效

• 申請號: 201010264774.7
• 申請日: 2010-08-27
• 公開（公告）號: CN101950759A
• 公開（公告）日: 2011-01-19
• 發明（設計）人: 李澤宏;胡濤;鄧光平;錢振華;洪辛;張波
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: H01L29/78
• 分類號: H01L29/78;H01L29/06;H01L29/417;H01L29/47
• 代理公司: 電子科技大學專利中心 51203
• 代理人: 葛啟函

技術領域

本發明屬于電子技術領域，涉及功率半導體器件，具體涉及一種Super?Junction?VDMOS器件。?

背景技術

Super?Junction?VDMOS是一種發展迅速、應用廣泛的新型功率半導體器件。它是在普通垂直雙擴散金屬氧化物半導體(VDMOS)的基礎上，通過引入SJ(Super?Junction)結構，除了具備VDMOS輸入阻抗高、開關速度快、工作頻率高、電壓控制、熱穩定性好、驅動電路簡單、易于集成等特點外，還克服了VDMOS的導通電阻隨著擊穿電壓成2.5次方關系增加的缺點。目前Super?Junction?VDMOS已廣泛應用于面向個人電腦、筆記本電腦、上網本或手機、照明(高壓氣體放電燈)產品以及電視機(液晶或等離子電視機)和游戲機等消費電子產品的電源或適配器。?

1988年，飛利浦公司的D.J.Coe申請美國專利(David?J.Coe，High?voltage?semiconductor?device[P].US?Patent?4,754,310.1988.)，第一次給出了在橫向高壓MOSFET(LD?MOSFET)中用交替的pn結結構代替傳統功率器件中低摻雜漂移層作為電壓支持層(耐壓層)的方法。1993年，電子科技大學的陳星弼教授申請的美國專利(Xingbi?Chen，Semiconductor?power?devices?with?alternating?conductivity?type?high-voltage?breakdown?regions[P].US?Patent?5,216,275.1993.)，提出了在縱向功率器件(尤其是縱向MOSFET)中用多個pn結結構作為漂移層的思想，并把這種結構稱之為“復合緩沖層”(Composite?Buffer?Layer)。1995年，西門子公司的J.Tihanyi申請的美國專利(Tihanyi?J.Power?MOSFET[P].US?Patent?5,438,215.1995.)，提出了類似的思路和應用。1997年Tatsuhiko等人在對上述概念的總結下，提出了“超結理論”。結合該理論，1998年Infineon公司首次推出了Super?Junction?VDMOS，也稱為“CoolMOS^TM”，其基本結構如圖1所示。其最初的P柱區3是采用多次外延和多次離子注入的方式實現的。“CoolMOS^TM”顯著地降低了導通電阻，但在該結構內存在一個體二極管，它由P⁺區、N外延層和N⁺襯底構成。當該體二極管處于導通狀態時，大量過剩載流子貯存在電壓支持層中，使“CoolMOS^TM”具有很大的反向恢復電荷Q_rr，而且由于橫向pn結的存在會使這些載流子迅速排出，這使得“CoolMOS^TM”具有較差的反向恢復特性。?

文獻Xu?CHENG，Xing-Ming?LIU，Johnny?K.O.SIN，Bao-Wei?KANG，Improving?the??CoolMOS^TM?Body-Diode?Switching?Performance?with?Integrated?Schottky?Contacts，ISPSD?2003提供了一種帶有肖特基接觸結構的平面柵Super?Junction?VDMOS，如圖2所示，在柵下的N型區4表面做成肖特基接觸結構11。在體二極管開啟時，一部分電流將由流過肖特基接觸結構的多數載流子提供，這種帶有肖特基接觸結構的平面柵Super?Junction?VDMOS器件明顯消除了器件中過剩載流子存儲效應的作用，從而有效地改善了器件的反向恢復特性。在阻擋狀態時，漏源之間存在一個高壓，使得P區、N區完全耗盡成為電壓支持層。在N區中電場存在一個來自臨近P區的很強的橫向分量，而它帶來的二維效應降低了肖特基接觸結構下的電場密度，這就是所謂的“JFET效應”或者叫“夾斷效應”，從而克服了肖特基接觸結構11擊穿電壓低的問題。但是，由于肖特基接觸結構11的引入，使器件泄漏電流增加，而且由于肖特基接觸改變了原來的柵結構，使得原先正柵偏壓時在N區外延層表面處形成的多子積累層不復存在，使得器件導通電阻增加。要改善這些缺點需要更好的工藝線寬，增加了器件的制造成本。?

發明內容

本發明的目的在于提供一種具有較好反向恢復特性的Super?Junction?VDMOS器件，且對工藝線寬的要求較低。?