[發明專利]一種超結器件

在審

• 申請號: 201710020769.3
• 申請日: 2017-01-12
• 公開（公告）號: CN106711189A
• 公開（公告）日: 2017-05-24
• 發明（設計）人: 楊尊松;王立新;肖超;宋李梅;孫博韜;陸江;羅小夢;羅家俊
• 申請（專利權）人: 中國科學院微電子研究所
• 主分類號: H01L29/06
• 分類號: H01L29/06;H01L29/78
• 代理公司: 北京華沛德權律師事務所11302
• 代理人: 房德權

技術領域

本發明涉及半導體領域，尤其涉及一種超結器件。

背景技術

在功率半導體領域內，以垂直雙擴散工藝形成的縱向金屬氧化物半導體場效應晶體管(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor，MOSFET)稱為VDMOSFET，簡稱VDMOS。如圖1所示，VDMOS的耐壓層由輕摻雜的外延漂移區組成，電場近似為梯形分布，電場所包圍的面積為擊穿電壓(BV)。提高BV需要增加漂移區厚度以及減小的漂移區摻雜濃度，會導致導通電阻Ron變大，大大增加了功耗。BV與Ron存在制約關系，被稱為硅極限。至從1980年VDMOS被發明以來，很多人都研究如何突破硅極限，一種是提出用寬禁帶半導體來代替硅材料，另一種是對硅基VDMOS結構進行改進優化，其中最為成功的就是超結VDMOS，如圖2所示，超結VDMOS耐壓層由N柱P柱交替構成，基于電荷補償原理，電場近似為矩形分布，使BV只依賴于漂移區厚度，而與其摻雜濃度無關。超結耐壓層的摻雜濃度可比VDMOS高一個數量級，同等BV的Ron可比傳統VDMOS小5-10倍，被譽為功率半導體器件發展史上里程碑式的結構。

但是，超結結構的引入大大增加了器件內部的PN結面積，使得器件的反向恢復特性變差，下面詳細敘述超結器件反向恢復特性較差的原因。

功率VDMOS器件本身存在一個寄生的體二極管，當在外圍電路應用出現反向偏壓的情況，即源極(S端)接高電位，漏極(D端)接低電位，柵極(G端)接零電位時，這個寄生的二極管就會開始工作，通常把這種工作模式稱為VDMOS的反向導通狀態，其工作機理如圖3所示，P-body/N-漂移區的電勢差大于0.7V時，P-body向漂移區中發射空穴，此時襯底接低電位，空穴在電場作用下流向漏極。為了保持漂移區中的電中性，與此同時N+襯底也開始向漂移區中發射電子，空穴和電子在漂移區發生電導調制效應，使得漂移區中的電阻迅速下降，也即反向導通壓降很低。這種工作模式與VDMOS在正向導通時由本質區別，由于既有空穴參與導電，又有電子參與導電，故將VDMOS反向導通稱為雙極導電模式。同理圖4給出了超結VDMOS的方向導通電荷分布示意圖。其反向導通電導機理與傳統的VDMOS沒有本質區別，也即相當于體內反并聯一個二極管，但對NMOS器件，由于超結P柱的引入，在發生空穴注入時，發射效率會有所增強，也就是說超結器件反向導通時注入到N-Pillar即N柱區的空穴遠多于傳統VDMOS注入到N-漂移區的空穴。

VDMOS反向恢復過程實質是體二極管的關斷過程，當二極管從反向導通狀態向反向截止狀態過渡時，需要首先釋放存儲在漂移區中的剩余載流子，這個過程需要一段時間稱為放電時間也即反向恢復時間，在此期間電流反向流過二極管，如圖5所示，空穴在漏極高壓電場作用下，被排斥到P阱區，最后從源極處流出，電子在漏極高壓電場作用下，被吸引到N+襯底，最后從漏極流出，這個過程直到漂移區中的空穴被抽取完全為止。

由于超結VDMOS反向導通時注入器件超結N柱中的空穴電子對遠多于傳統VDMOS，所以如圖6所示，超結VDMOS在抽取過剩載流子的過程中會損耗更多能量，同時恢復時間也會降低。

也就是說，現有技術中的超結VDMOS，存在器件反向恢復耗時長的技術問題。

發明內容

本發明通過提供一種超結器件，解決了現有技術中的超結VDMOS，存在的器件反向恢復耗時長的技術問題。

為解決上述技術問題，本發明提供了如下技術方案：

一種超結器件，包括：

外延層，所述外延層中有超結結構，所述超結結構為交替設置的多根第一摻雜立柱和多根第二摻雜立柱，其中，所述第一摻雜立柱與所述第二摻雜立柱的摻雜類型不相同；

多個表面結構，所述表面結構包括：第一摻雜阱區和設置在所述第一摻雜阱區內的第二摻雜阱區，所述第一摻雜阱區與所述第二摻雜阱區的摻雜類型不相同；

隔離區，設置在所述超結結構的第一摻雜立柱與所述第一摻雜阱區之間，其中，所述第一摻雜立柱與所述第一摻雜阱區的摻雜類型相同，所述隔離區與所述第二摻雜立柱的摻雜類型相同。

可選的，所述超結器件為VDMOS器件。

可選的，所述VDMOS器件為NMOS器件；所述第一摻雜阱區為P阱區，所述第二摻雜阱區為N阱區，所述第一摻雜立柱為P型立柱，所述所述第二摻雜立柱為N型立柱，所述隔離區為N型摻雜區。