[發明專利]一種帶軟恢復體二極管的超結功率MOSFET

有效

• 申請號: 201810072735.3
• 申請日: 2018-01-24
• 公開（公告）號: CN108231903B
• 公開（公告）日: 2020-06-02
• 發明（設計）人: 林智;袁琦;韓姝;胡盛東;周建林;唐枋;周喜川
• 申請（專利權）人: 重慶大學
• 主分類號: H01L29/78
• 分類號: H01L29/78
• 代理公司: 北京同恒源知識產權代理有限公司 11275
• 代理人: 趙榮之

本發明涉及一種帶軟恢復體二極管的超結功率MOSFET，屬于半導體功率器件技術領域，通過在現有的超結功率MOSFET中設置新的耐壓層，改變襯底區的結構，或增加緩沖區以及輔助區，有效地提高寄生體二極管反向恢復電流的軟度，改善反向恢復特性，同時不增加器件的比導通電阻。反向恢復電流軟度的提高使得器件在開關過程中不易產生振蕩，抑制了電磁干擾信號，器件工作更加安全可靠。因此，本發明超結功率MOSFET器件特別適用于逆變器硬開關電路。

技術領域

本發明屬于半導體功率器件技術領域，涉及一種帶軟恢復體二極管的超結功率MOSFET。

背景技術

超結(Superjunction)功率MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field EffectTransistor)即金屬-氧化物-半導體場效應晶體管，是為改善傳統功率MOSFET中擊穿電壓(BV)與比導通電阻(R_ON,SP)之間的矛盾而提出的，它將擊穿電壓與比導通電阻之間的關系由傳統功率MOSFET的R_ON,SP∝BV^2.5改寫為R_ON,SP∝BV^1.3，極大地降低了功率MOSFET的比導通電阻，減小了芯片的面積，因此被廣泛地應用于中低功率電源設備中。

超結功率MOSFET中存在一個由源體區、漂移區、襯底區組成的寄生體二極管，它在感性負載電路中可用于續流，使電路中的元器件數量得以減少。但是，超結功率MOSFET的寄生體二極管有兩個缺點：一是反向恢復電荷大，引起較高的反向恢復功耗；二是反向恢復電流變化快，軟度差，在高速開關過程中會引起振蕩，產生電磁干擾。這兩個缺點限制了超結功率MOSFET在硬開關電路中的應用。

商用產品通常會在器件制造過程中使用少子壽命控制技術來減小體二極管的反向恢復電荷，例如使用電子、質子或氦離子輻照，或者使用金、鉑等重金屬摻雜。少子壽命控制技術一方面會增加器件的反向漏電，另一方面會影響器件的可靠性。另一類解決方案是改進器件結構，其代表是半超結結構，具體措施是在超結部分和襯底之間添加了一層場終止區。場終止區在體二極管反向電流恢復過程中提供過剩載流子，使反向恢復電流緩慢衰減。場終止區的摻雜濃度一般遠低于超結柱，即電阻率大于超結柱，這使得半超結結構的比導通電阻大于具有相同電壓等級的超結結構。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的在于提供一種帶軟恢復體二極管的超結功率MOSFET，提出一種新的耐壓層技術，該技術可以有效地提高寄生體二極管反向恢復電流的軟度，改善反向恢復特性，同時不增加器件的比導通電阻?；謴碗娏鬈浂鹊奶岣呤沟闷骷陂_關過程中不易產生振蕩，抑制了電磁干擾信號，器件工作更加安全可靠。

為達到上述目的，本發明提供如下技術方案：

一種帶軟恢復體二極管的超結功率MOSFET，所述超結功率MOSFET由多個重復元胞結構相互拼接而成；

所述元胞結構包含漏電極01、源電極02、柵電極03、源區10、源體區20、第一漂移區11、第二漂移區21、襯底區12、柵區30和絕緣層40；

所述元胞結構呈上表面不規則的柱狀，所述漏電極01置于最底層，所述襯底區12的下表面與所述漏電極01完全貼合；

所述第一漂移區11的一側與第二漂移區21的一側相互接觸，所述第一漂移區11的另一側與第二漂移區21的另一側分別形成元胞結構外表面，所述襯底區12的兩側分別與元胞結構的外表面齊平，且襯底區12在所述第一漂移區11一側的外表面高于在所述第二漂移區21的外表面；

所述襯底區12在所述第一漂移區11一側的上表面向上凸起，且襯底區12的凸起部分上表面與所述第一漂移區11的下表面完全接觸，且延伸至第二漂移區21內，所述第二漂移區21的下表面與所述襯底區12非凸起部分上表面相互接觸，所述第二漂移區21的上表面面積大于其下表面面積；