[發(fā)明專利]一種溝槽型超結(jié)功率器件

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201711058205.5
• 申請(qǐng)日: 2017-11-01
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN109755289B
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-11-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉磊;袁愿林;龔軼
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 蘇州東微半導(dǎo)體有限公司
• 主分類號(hào): H01L29/06
• 分類號(hào): H01L29/06;H01L29/78
• 代理公司: 北京品源專利代理有限公司 11332
• 代理人: 孟金喆

本發(fā)明實(shí)施例提供的一種溝槽型超結(jié)功率器件，包括源極、漏極、第一柵極、第二柵極、體二極管和體區(qū)接觸二極管，體二極管與體區(qū)接觸二極管串聯(lián)連接，第一柵極通過(guò)柵極電壓來(lái)控制第一柵極所控制的第一電流溝道的開(kāi)啟和關(guān)斷，第二柵極與源極連接并通過(guò)源極電壓來(lái)控制第二柵極所控制的第二電流溝道的開(kāi)啟和關(guān)斷。本發(fā)明的一種溝槽型超結(jié)功率器件在關(guān)斷時(shí)，能夠大幅降低流經(jīng)體二極管的反向電流，從而能夠大幅降低體二極管內(nèi)的少子載流子，使得溝槽型超結(jié)功率器件實(shí)現(xiàn)快速的反向恢復(fù)功能。

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，特別是涉及一種具有快速反向恢復(fù)功能的溝槽型超結(jié)功率器件。

背景技術(shù)

現(xiàn)有技術(shù)的溝槽型超結(jié)功率器件的剖面結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括：n型漏區(qū)31和位于n型漏區(qū)31之上的n型漂移區(qū)30，n型漏區(qū)31通過(guò)漏極金屬接觸層70接漏極電壓；在n型漂移區(qū)30內(nèi)形成有至少兩個(gè)平行設(shè)置的p型柱狀外延摻雜區(qū)32，在每個(gè)p型柱狀外延摻雜區(qū)32的頂部分別形成有p型體區(qū)33，p型體區(qū)33與n型漂移區(qū)30之間形成溝槽型超結(jié)功率器件中寄生的體二極管結(jié)構(gòu)。在p型體區(qū)33內(nèi)形成有p型體區(qū)接觸區(qū)38，p型體區(qū)接觸區(qū)38的摻雜濃度通常高于p型體區(qū)33的摻雜濃度的最大峰值，從而p型體區(qū)接觸區(qū)38和源極金屬接觸層47形成歐姆接觸結(jié)構(gòu)；在p型體區(qū)33內(nèi)、p型體區(qū)接觸區(qū)38的兩側(cè)分別形成有n型源區(qū)34；位于相鄰兩個(gè)p型體區(qū)33之間且凹陷在n型漂移區(qū)30內(nèi)的柵極溝槽，在柵極溝槽內(nèi)形成有柵介質(zhì)層35和柵極36，柵極36通過(guò)柵極電壓來(lái)控制電流溝道的開(kāi)啟和關(guān)斷。絕緣介質(zhì)層50為層間介質(zhì)層，用于將金屬層之間隔離。

圖1所示的溝槽型超結(jié)功率器件的等效電路示意圖如圖2所示，包括漏極101、源極102、柵極103、和體二極管104，其中，體二極管104是溝槽型超結(jié)功率器件中的本征寄生結(jié)構(gòu)，其工作機(jī)理是：1)當(dāng)柵源電壓Vgs小于溝槽型超結(jié)功率器件的閾值電壓Vth，漏源電壓Vds大于0V時(shí)，溝槽型超結(jié)功率器件處于關(guān)斷狀態(tài)；2)當(dāng)柵源電壓Vgs大于溝槽型超結(jié)功率器件的閾值電壓Vth，漏源電壓Vds大于0V時(shí)，溝槽型超結(jié)功率器件正向開(kāi)啟，此時(shí)電流從漏極經(jīng)柵極處的電流溝道流到源極。現(xiàn)有技術(shù)的溝槽型超結(jié)功率器件在關(guān)斷時(shí)，當(dāng)漏源電壓Vds小于0V時(shí)，溝槽型超級(jí)功率器件中寄生的體二極管處于正偏壓狀態(tài)，反向電流從源極經(jīng)體二極管流至漏極，此時(shí)體二極管的電流存在注入少子載流子現(xiàn)象，而這些少子載流子在體二極管再一次反偏時(shí)進(jìn)行反向恢復(fù)，導(dǎo)致較大的反向恢復(fù)電流，反向恢復(fù)時(shí)間長(zhǎng)。

在半橋式電路、全橋式電路、LLC諧振電路等的電源系統(tǒng)以及電機(jī)控制系統(tǒng)中，超結(jié)功率器件中寄生的體二極管都會(huì)經(jīng)歷少子載流子反向恢復(fù)的過(guò)程。少子載流子產(chǎn)生的反向恢復(fù)電流導(dǎo)致超結(jié)功率器件的損耗增加，降低了系統(tǒng)的效率，同時(shí)也容易引起上下管直通燒壞器件，影響超結(jié)功率器件的安全工作。目前提高超結(jié)功率器件的反向恢復(fù)速度的方法主要有以下幾種：(1)反向并聯(lián)快恢復(fù)二極管，該方法的缺點(diǎn)是封裝體積變大，制造成本大幅增加；(2)集成肖特基體二極管，該方法的缺點(diǎn)是耐壓低、漏電流大，并且功耗增加；(3)采用壽命控制技術(shù)如：電子輻照、粒子輻照(質(zhì)子、α粒子)、深能級(jí)復(fù)合中心等，該方法的缺點(diǎn)是工藝難度提高、制造成本上升，同時(shí)器件漏電流和導(dǎo)通電阻變大，功耗增加。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明的目的是提供一種具有快速反向恢復(fù)功能的溝槽型超結(jié)功率器件，以解決現(xiàn)有技術(shù)中的溝槽型超結(jié)功率器件因少子載流子注入問(wèn)題造成的反向恢復(fù)時(shí)間較長(zhǎng)的技術(shù)問(wèn)題。

本發(fā)明實(shí)施例提供的一種溝槽型超結(jié)功率器件，包括：

n型漏區(qū)以及位于所述n型漏區(qū)之上的n型漂移區(qū)，所述n型漂移區(qū)內(nèi)設(shè)有至少兩個(gè)平行設(shè)置的p型柱狀外延摻雜區(qū)，所述p型柱狀外延摻雜區(qū)的頂部設(shè)有p型體區(qū)，所述p型體區(qū)內(nèi)設(shè)有p型體區(qū)接觸區(qū)、第一n型源區(qū)和第二n型源區(qū)，所述p型體區(qū)接觸區(qū)通常設(shè)置于所述第一n型源區(qū)和第二n型源區(qū)之間；

位于所述p型體區(qū)接觸區(qū)之上的導(dǎo)電層，所述導(dǎo)電層與所述p型體區(qū)接觸區(qū)形成體區(qū)接觸二極管結(jié)構(gòu)，其中所述導(dǎo)電層為所述體區(qū)接觸二極管的陰極，所述p型體區(qū)接觸區(qū)為所述體區(qū)接觸二極管的陽(yáng)極；