[發明專利]快速超結縱向雙擴散金屬氧化物半導體管

有效

• 申請號: 201010265903.4
• 申請日: 2010-08-27
• 公開（公告）號: CN101969073A
• 公開（公告）日: 2011-02-09
• 發明（設計）人: 錢欽松;祝靖;孫偉鋒;陸生禮;時龍興
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: H01L29/78
• 分類號: H01L29/78;H01L29/06;H01L29/41;H01L29/36
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 黃雪蘭

技術領域

本發明涉及一種硅制高壓功率金屬氧化物半導體器件，更準確的講，涉及一種硅制高壓超結縱向雙擴散金屬氧化物半導體場效應晶體管。

背景技術

目前，功率器件在日常生活、生產等領域的應用越來越廣泛，特別是功率金屬氧化物半導體場效應晶體管，由于它們擁有較快的開關速度、較小的驅動電流、較寬的安全工作區，因此受到了眾多研究者們的青睞。如今，功率器件正向著提高工作電壓、增大工作電流、減小導通電阻和集成化的方向快速發展。在眾多的功率金屬氧化物半導體場效應晶體管器件中，尤其是在縱向功率金屬氧化物半導體場效應晶體管中，超結半導體功率器件的發明，它克服傳統功率金屬氧化物半導體場效應晶體管導通電阻與擊穿電壓之間的矛盾，改變了傳統功率器件依靠漂移層耐壓的結構，而是采用了一種“超結結構”——P型、N型硅半導體材料在漂移區相互交替排列的形式。這種結構改善了擊穿電壓和導通電阻不易同時兼顧的情況，在截止態時，由于P型柱和N型柱中的耗盡區電場產生相互補償效應，使P型柱和N型柱的摻雜濃度可以做得很高而不會引起器件擊穿電壓的下降。導通時，這種高濃度的摻雜使器件的導通電阻明顯降低。由于超結縱向雙擴散金屬氧化物半導體場效應晶體管的這種獨特器件結構，使它的電性能明顯優于傳統功率金屬氧化物半導體場效應晶體管，因此這種技術被人們稱為功率金屬氧化物半導體場效應晶體管技術上的一個里程碑。而且通過優化和改善整個器件的終端邊緣區域的結構提高了器件的整體耐壓。

然而，參照圖2，傳統超結縱向雙擴散金屬氧化物半導體管中，體二極管的結面積相對于縱向雙擴散金屬氧化物半導體場效應晶體管顯著增大，當源漏正向偏置時，由于體二極管的結兩側注入大量少數載流子而存儲大量電荷，從而導致器件源漏反向偏置時的反向恢復電荷很多，且p柱和n柱在較低的反向偏壓時就可以完全耗盡，于是源漏反向偏置時，反向恢復電荷就必須在短時間內完全消除，導致流經體二極管的反向恢復電流變化很快，即體二極管的存在制約了器件的反向恢復特性。

發明內容

本發明針對現有技術的不足，提出一種快速超結縱向雙擴散金屬氧化物半導體管的結構，該結構可以在不影響器件耐壓性能的基礎上，減少了體二極管的反向恢復電荷，從而提高反向恢復特性，降低了器件的開關損耗。

本發明采用如下技術方案：

一種快速超結縱向雙擴散金屬氧化物半導體管，包括：元胞區，設在芯片最外圍的終端區及位于元胞區與終端區之間的過渡區，在元胞區、過渡區和終端區的底部設有漏極金屬，在漏極金屬上設有重摻雜n型硅襯底，作為該芯片的漏區，在重摻雜n型硅襯底上設有n型摻雜外延層，在n型摻雜外延層中設有間斷不連續的p型摻雜柱狀半導體區，

在元胞區中的p型摻雜柱狀半導體區上設有第一p型摻雜半導體區，且第一p型摻雜半導體區位于n型摻雜外延層內，在第一p型摻雜半導體區中設有第一p型重摻雜半導體接觸區和n型重摻雜半導體源區，在第一p型重摻雜半導體接觸區及n型重摻雜半導體源區以外區域設有柵氧化層，在柵氧化層上方設有多晶硅柵，在多晶硅柵上設有第一型場氧化層，在n型重摻雜半導體源區和第一p型重摻雜半導體接觸區上連接有源極金屬，

在過渡區中的n型摻雜外延層中設有第二p型摻雜半導體區，且第二p型摻雜半導體區覆蓋了過渡區中全部的p型摻雜柱狀半導體區，在第二p型摻雜半導體區中設有兩個第二p型重摻雜半導體接觸區和n型重摻雜半導體區，且鄰近元胞區的第二p型重摻雜半導體接觸區位于過渡區中的與元胞區相鄰的p型摻雜柱狀半導體區的上方，n型重摻雜半導體區位于過渡區中從左側起第二個p型摻雜柱狀半導體區的上方，右側的第二p型重摻雜半導體接觸區位于n型重摻雜半導體區的中間區域，在第二p型摻雜半導體區、第二p型重摻雜半導體接觸區及n型重摻雜半導體區表面設有第二型場氧化層，在位于第二p型摻雜半導體區內部且鄰近元胞區的第二p型重摻雜半導體接觸區表面設有接觸孔與源極金屬相連，

在終端區中，在n型摻雜外延層的右上角設有n型重摻雜半導體區，在終端區表面設有第二型場氧化層，

其特征在于，在過渡區中的第二p型摻雜半導體區內設有n型重摻雜半導體區，且在n型重摻雜半導體區表面設有接觸孔與金屬層相連，形成芯片的地接觸電極。

與現有技術相比，本發明具有如下優點：

(1)參照圖3，本發明結構是四端口器件，除傳統器件擁有的源極、漏極和柵極外，此器件還存在地接觸極，且該電極在器件正常工作時始終接地，在系統應用中不需要額外的偏置電路為其提供偏置電壓，因此不會增加對應系統設計的難度。