[實用新型]一種超結MOSFET器件

有效

• 申請號: 201320553995.5
• 申請日: 2013-09-06
• 公開（公告）號: CN203456470U
• 公開（公告）日: 2014-02-26
• 發明（設計）人: 朱袁正;李宗清
• 申請（專利權）人: 無錫新潔能股份有限公司
• 主分類號: H01L29/78
• 分類號: H01L29/78;H01L29/06
• 代理公司: 無錫華源專利事務所(普通合伙) 32228
• 代理人: 林弘毅;聶漢欽

技術領域

本實用新型涉及一種半導體器件，尤其是一種具有超結結構的半導體器件。

背景技術

在中高壓功率半導體器件領域，超結結構（Super?Junction）已經被廣泛采用。如圖1所示，在功率MOSFET的漂移區內，N柱與P柱交替鄰接設置而成的多個P-N柱對形成超結結構。當具有超結結構的MOSFET器件截止時，超結結構中的N柱和P柱分別被耗盡，耗盡層從每個N柱與P柱間的P-N結界面延伸，由于N柱內的雜質量和P柱內的雜質量相等，因此耗盡層延伸并且完全耗盡N柱與P柱，從而支持器件耐壓。對比傳統功率MOSFET器件，超結MOSFET器件可以獲得更加優異的器件耐壓與導通電阻的折中關系。然而，普通的超結器件的一個缺點就是它的寄生體二極管的反向恢復特性比較差，超結結構的P-N柱狀結構是用來獲得電荷平衡的，這給超結器件的寄生體二極管帶來兩個后果：一是P-N結的面積對比傳統不帶超結結構的功率MOSFET，如平面型雙擴散MOSFET（Planar?DMOS）大了許多，導致超結器件當應用于需要反向續流二極管的一些拓撲電路的情況時，如半橋（例如HID半橋或LLC）和全橋（例如ZVS橋），寄生體二極管在導通后，較大載流子注入使得反向恢復電荷Qrr和反向恢復峰值電流Irrm升高；二是由于P-N結柱的快速耗盡使得器件的dv/dt增大，導致寄生的NPN晶體管開通或是很快恢復過來。這些缺點，使得普通的超結器件在硬開關應用時由于較高的反向恢復峰值電流Irrm和dv/dt非常容易損壞。

以HID半橋應用為例，圖2是一款典型的半橋電路，圖2中T1、T2和T3是普通的超結MOSFET器件，D1、D2、D3、D4、D5、D6、D7、D8及D9為二極管，其中二極管D6、D7、D8及D9構成整流橋；L1、L2、L3及L4為電感，C1、C2、C3、C4、C5及C6為電容，電容C1兩端并聯有電源Vdd，超結MOSFET器件T1的柵極端與控制器20相連，所述控制器20采用LG562，21為負載，負載21的兩端分別與電容C3、C4及電感L3相連，22為變壓器。由于普通的超結MOSFET器件T2和T3的反向恢復特性較差，因此，在T2、T3上又分別并聯了二極管D4、D5，這樣雖然可以在一定程度上解決T2、T3容易因為過高Irrm和dv/dt而失效的問題，但是，由于電路當中增加了額外的器件，所以整個電路的功耗也會增加，T2、T3的功效也會降低，這種情況在現今不斷追求節能降耗的發展方向下，不是一種好的選擇。

為解決超結MOSFET器件體二極管反向恢復特性問題，目前有三種方式被提出或采用：1、使用電子輻照在漂移層中制造缺陷，減小反向恢復過程中載流子壽命，降低反向恢復電荷，但這種方法會帶來器件漏電增加，并且輻照產生的缺陷會在高溫和長期工作后恢復，影響器件可靠性；2、使用重金屬摻雜，在器件漂移層中形成復合中心，減小反向恢復過程中載流子壽命，這種方式制造工藝特殊，工藝成本高，器件漏電特性也會變差；3、在超結MOSFET器件中并聯肖特基二極管，以改善器件體二極管反向恢復特性，這種方式除制造工藝特殊外，器件漏電更是無法控制，目前幾乎沒有被應用與實際產品中。

由此可見，一種能通過優化器件結構達到改善超結MOSFET體二極管特性要求的超結MOSFET器件是非常必要的。

實用新型內容

本實用新型的目的在于克服現有技術中存在的不足，提供一種具有更優化的體二極管反向恢復特性的超結MOSFET器件。

本實用新型的技術方案如下：

按照本實用新型所提供的技術方案，一種超結MOSFET器件，在所述超結MOSFET器件的截面上，半導體基板具有相對應的第一主面與第二主面，所述半導體基板由相鄰第一主面的第一導電類型漂移層和相鄰第二主面的第二導電類型襯底組成；第一導電類型漂移層內包括多對具有第一導電類型的第一柱和具有第二導電類型的第二柱；所述第一柱與第二柱沿著電流流通方向在半導體基板的第一導電類型漂移層內延伸；在垂直電流流通的方向上，由所述第一柱和第二柱構成的多對PN柱交替設置，在半導體基板內形成超結結構；