[發(fā)明專利]一種快速超結(jié)縱向雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體管

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210101011.X
• 申請(qǐng)日: 2012-04-06
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102646709A
• 公開(kāi)（公告）日: 2012-08-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 孫偉鋒;祝靖;張龍;吳逸凡;錢欽松;陸生禮;時(shí)龍興
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 東南大學(xué)
• 主分類號(hào): H01L29/78
• 分類號(hào): H01L29/78;H01L29/10
• 代理公司: 南京天翼專利代理有限責(zé)任公司 32112
• 代理人: 湯志武

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于半導(dǎo)體功率器件技術(shù)領(lǐng)域，涉及快速開(kāi)關(guān)的硅制高壓功率器件，特別適用于硅制超結(jié)縱向雙擴(kuò)散金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)晶體管(Superjunction?VDMOS，即超結(jié)VDMOS，一下均簡(jiǎn)寫為超結(jié)VDMOS)，更具體的說(shuō)，涉及一種可以快速開(kāi)關(guān)、超低損耗的硅制超結(jié)VDMOS的結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)

目前，功率器件在日常生活、生產(chǎn)等領(lǐng)域的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，特別是功率金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管，由于它們擁有較快的開(kāi)關(guān)速度、較小的驅(qū)動(dòng)電流、較寬的安全工作區(qū)，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、增加工作電流、減小導(dǎo)通電阻、加快開(kāi)關(guān)速度和集成化的方向發(fā)展。在眾多的功率金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管器件中，尤其是在縱向功率金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管中，超結(jié)半導(dǎo)體功率器件的發(fā)明，它克服傳統(tǒng)功率金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管導(dǎo)通電阻與擊穿電壓之間的矛盾，改變了傳統(tǒng)功率器件依靠漂移層耐壓的結(jié)構(gòu)，而是采用了一種“超結(jié)結(jié)構(gòu)”——P型、N型硅半導(dǎo)體材料在漂移區(qū)相互交替排列的形式。這種結(jié)構(gòu)改善了擊穿電壓和導(dǎo)通電阻不易同時(shí)兼顧的情況，在截止態(tài)時(shí)，由于P型柱和N型柱中的耗盡區(qū)電場(chǎng)產(chǎn)生相互補(bǔ)償效應(yīng)，使P型柱和N型柱的摻雜濃度可以做得很高而不會(huì)引起器件擊穿電壓的下降。導(dǎo)通時(shí)，這種高濃度的摻雜器件的導(dǎo)通電阻明顯降低。由于超結(jié)縱向雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管的這種獨(dú)特器件結(jié)構(gòu)，使它的電性能明顯優(yōu)于傳統(tǒng)功率金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管，因此這種技術(shù)被人們稱為功率金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管技術(shù)上的一個(gè)里程碑。

功率器件不僅在國(guó)防、航天、航空等尖端技術(shù)領(lǐng)域倍受青睞，在工業(yè)，民用家電等領(lǐng)域也同樣為人們所重視。隨著功率器件的日益發(fā)展，其可靠性也已經(jīng)成為人們普遍關(guān)注的焦點(diǎn)。功率器件為電子設(shè)備提供所需形式的電源和電機(jī)設(shè)備提供驅(qū)動(dòng)，幾乎一切電子設(shè)備和電機(jī)設(shè)備都需用到功率器件，所以對(duì)器件可靠性的研究有著至關(guān)重要的意義。

可靠性的定義是產(chǎn)品在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，完成規(guī)定功能的能力。所謂規(guī)定的條件，主要指使用條件和環(huán)境條件。使用條件是指那些將進(jìn)入到產(chǎn)品或材料內(nèi)部而起作用的應(yīng)力條件，如電應(yīng)力、化學(xué)應(yīng)力和物理應(yīng)力。可靠性試驗(yàn)的范圍非常廣泛，其目的是為了考核電子元器件等電子產(chǎn)品在儲(chǔ)存、運(yùn)輸和工作過(guò)程中可能遇到各種復(fù)雜的機(jī)械、環(huán)境條件。

然而，傳統(tǒng)超結(jié)縱向雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體管中，由于漂移區(qū)的濃度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于縱向雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管，使其柵極寄生電容很高，在器件開(kāi)關(guān)過(guò)程中，影響開(kāi)關(guān)速度與開(kāi)關(guān)損耗。

另外，傳統(tǒng)縱向雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管中，由于開(kāi)關(guān)速度很快，在器件的漏源兩端的電壓快速變化，漏源電容產(chǎn)生很大的漂移電流，流過(guò)P型摻雜區(qū)，導(dǎo)致器件寄生三極管導(dǎo)通，器件失效。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供了一種快速超結(jié)縱向雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體管，所涉及的結(jié)構(gòu)能減小柵極寄生電容，加快器件的開(kāi)關(guān)速度，減小器件開(kāi)關(guān)過(guò)程的損耗，并且能抑制器件內(nèi)寄生三極管的開(kāi)啟，提高器件的可靠性。

本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

一種快速超結(jié)縱向雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體管，包括：兼做漏區(qū)的N型摻雜硅襯底、N型摻雜硅外延層、超結(jié)結(jié)構(gòu)，所述的N型摻雜硅外延層設(shè)在N型摻雜硅襯底上，超結(jié)結(jié)構(gòu)設(shè)在N型硅摻雜半導(dǎo)體區(qū)上，所述的超結(jié)結(jié)構(gòu)由間隔排列的P型柱和N型柱組成，在P型柱上有第一P型摻雜半導(dǎo)體區(qū)，且第一P型摻雜半導(dǎo)體區(qū)位于N型摻雜外延層內(nèi)，在第一P型摻雜半導(dǎo)體區(qū)中設(shè)有第二P型重?fù)诫s半導(dǎo)體接觸區(qū)和N型重?fù)诫s半導(dǎo)體源區(qū)，在N型柱上方設(shè)有柵氧化層，在柵氧化層上方設(shè)有多晶硅柵，在多晶硅柵上設(shè)有第一型氧化層，在第二P型重?fù)诫s半導(dǎo)體接觸區(qū)和N型重?fù)诫s半導(dǎo)體源區(qū)上連接有源極金屬，在N型柱表面有源極埋層，源極埋層包括薄氧化層和薄氧化層上的多晶硅，多晶硅柵和源極金屬相連。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)：

1、本發(fā)明結(jié)構(gòu)在傳統(tǒng)的超結(jié)結(jié)構(gòu)N型柱表面設(shè)有源極埋層，源極埋層位于柵極氧化層下方，源極埋層的氧化層使其中的多晶硅與N型柱隔離，源極埋層中的多晶硅和源極金屬相連。源極埋層的結(jié)構(gòu)能夠使柵極的寄生電容減小，加快了器件的開(kāi)關(guān)速度，減小了器件的開(kāi)關(guān)損耗。

2、本發(fā)明結(jié)構(gòu)為器件內(nèi)寄生電容的充電提供了一條電流通路，在關(guān)斷過(guò)程中漏極和源極電壓的變化引起的位移電流會(huì)有一部分流過(guò)源極埋層，從而減小了流過(guò)P型摻雜區(qū)的電流，使器件內(nèi)寄生三極管更難開(kāi)啟，增強(qiáng)了器件的可靠性。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明內(nèi)容所涉及一種快速超結(jié)縱向雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體管的結(jié)構(gòu)示意圖。