[實用新型]縱向超結金屬氧化物場效應晶體管

有效

• 申請號: 201320854677.2
• 申請日: 2013-12-20
• 公開（公告）號: CN203690304U
• 公開（公告）日: 2014-07-02
• 發明（設計）人: 劉俠;楊東林
• 申請（專利權）人: 西安芯派電子科技有限公司
• 主分類號: H01L29/06
• 分類號: H01L29/06;H01L29/78;H01L29/40
• 代理公司: 西安西交通盛知識產權代理有限責任公司 61217
• 代理人: 張震國

技術領域

本實用新型屬于半導體功率器件技術領域，涉及一種高壓功率器件，具體一種縱向超結金屬氧化物場效應晶體管。

背景技術

傳統高壓功率金屬氧化物半導體場效應晶體管器件用低摻雜的外延漂移層作電壓支持層，其導通電阻主要就是漂移層電阻。漂移層的耐壓能力由其厚度和摻雜濃度決定。所以，為了提高擊穿電壓，必須同時增加漂移層厚度和降低其摻雜濃度。這就使得漂移層的電阻不斷增加，在導通狀態時(尤其是高壓時)，漂移層電阻占導通電阻的絕大部分。

超結金屬氧化物場效應晶體管是一種具有金屬氧化物半導體晶體管的絕緣柵結構優點同時具有高電流密度低導通電阻優點的新型器件，它是一種能用于有效地降低傳統的功率金屬氧化物半導體場效應晶體管的導電損耗的功率半導體器件。它是基于電荷平衡原理的電荷補償型器件。

超結金屬氧化物場效應晶體管的基本特點是其由間隔n-和p-摻雜的區域構成的漂移區來實現耐壓。傳統高壓功率金屬氧化物半導體場效應晶體管器件在承受反向高壓時，其主要依靠PN結的縱向耗盡來實現耐壓，在整個器件的pn結處會出現電場強度峰值。而超結金屬氧化物場效應晶體管由于引入了電荷補償機制，其內部在耗盡耐壓時，電場分布更加均勻，與傳統高壓功率金屬氧化物半導體場效應晶體管器件的三角形峰值電場分布，超結金屬氧化物場效應晶體管的器件內部電場在縱向耐壓方向為矩形分布。矩形電場強度分布，使其整個器件在耗盡耐壓過程中，不出現異常電場峰值。由于垂直方向上制作P型區，可以補償過量的電流導通電荷。在漂移層加反向偏置電壓，電場將產生橫向分量，使pn結耗盡。當電壓達到一定值時，漂移層完全耗盡，將起到電壓支持層的作用。因此其電壓支持層的雜質摻雜濃度可以提高將近一個數量級，由于摻雜濃度的大幅提高，在相同的擊穿電壓下，導通電阻可以大大降低。因此經過不斷的改進和完善，超結金屬氧化物場效應晶體管器件的新結構不斷出現。

針對超結金屬氧化物場效應晶體管終端結構的設計也一直是研究者關注的焦點。超結金屬氧化物場效應晶體管終端結構有別于傳統高壓功率金屬氧化物半導體場效應晶體管器件，其結構的設計可以與內部的超結結構相結合。在相關技術中，有設計者提出變化pn區域的寬度比例，也有設計者提出按倍率縮小PN摻雜區域的周期等。這些方法都是為了能夠實現超結金屬氧化物場效應晶體管終端結構更好的耐壓。但是現有技術中，超結金屬氧化物效應晶體管的終端結構由于表面電勢分布不均，其終端耐壓結構的表面容易發生表面漏電現象，同時會造成可動離子的聚集，使得器件的耐壓下降。

實用新型內容

本實用新型解決的問題在于提供一種縱向超結金屬氧化物場效應晶體管，優化了表面電勢分布，降低了表面電場，防止表面漏電。

本實用新型是通過以下技術方案來實現：

本實用新型縱向超結金屬氧化物場效應晶體管，包括從下到上依次設置的N型摻雜半導體襯底和N型摻雜外延層；N型摻雜外延層內部由內向外設有結構相同的第一P型填充阱區和第二P型填充阱區，第一P型填充阱區的上側設有第一P型摻雜區；第二P型填充阱區上側從內到向外設有第二P型摻雜區和P型摻雜等勢環，并且三者共同構成終端耐壓結構區域T；第二P型摻雜區對應多個第二P型填充阱區設置；P型摻雜等勢環的寬度大于第二P型填充阱區的寬度，呈間隔布置的P型摻雜等勢環在晶體管的長度方向上分別一一對應的平行設置在第二P型填充阱區的正上方；所述的P型摻雜區內設有N型摻雜區，并與第一P型填充阱區共同構成原胞源極區域C；上表面最外圍設置有N型摻雜源極接觸區的終端耐壓結構區域T布置在原胞源極區域C的外圍。

優選的，原胞源極區域C和終端耐壓結構區域T上方依次設有柵氧化層、介質層和上金屬層，部分柵氧化層上方介質層內設置多晶硅；上金屬層穿過柵氧化層和介質層對應連接在第一P型摻雜區、第二P型摻雜區和N型摻雜源極接觸區上方的部分構成源極金屬電極；設置在N型摻雜半導體襯底下方的下金屬層構成漏極金屬電極；多晶硅對應原胞源極區域C的部分構成柵電極，多晶硅對應終端結構區域T的部分構成多晶硅場板結構，多晶硅場板結構分別與對應的源極金屬電極相連。

優選的，原胞源極區域C在晶體管的長度方向上由第一P型填充阱區和N型摻雜外延層交替排列形成；終端結構區域T在晶體管的長度方向上由第二P型填充阱區和N型摻雜外延層交替排列形成。

進一步，P型摻雜等勢環在晶體管的寬度方向上垂直設置于第二P型填充阱區的正上方，在方向變換時采用圓弧過渡。