[發明專利]一種具低反向恢復電荷的雙溝道超結VDMOS器件及制造方法

有效

• 申請號: 202010439394.6
• 申請日: 2020-05-21
• 公開（公告）號: CN111769158B
• 公開（公告）日: 2022-08-26
• 發明（設計）人: 成建兵;陳明;李浩錚
• 申請（專利權）人: 南京郵電大學
• 主分類號: H01L29/10
• 分類號: H01L29/10;H01L29/06;H01L29/417;H01L29/423;H01L29/78;H01L21/336;H01L21/28
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 蘇虹

本發明公開了一種具低反向恢復電荷的雙溝道超結VDMOS器件及制造方法，分別在柵電極區和JFET區上方建立源電極，JFET上方依次新建立N?pillar區、P?body區和N+源區，使得器件的柵電極被分成多區域，新加入的區、源極和柵極將整個柵極分離，形成了一個分離柵極，增加了一個源電極。本發明在保持超結VDMOS擊穿電壓和開態電流處理能力的同時，降低了體內寄生二極管的儲存電荷，提高了器件的反向恢復特性。

技術領域

本發明涉及一種電子器件及制造方法，特別是涉及一種具低反向恢復電荷的雙溝道超結VDMOS器件及制造方法。

背景技術

超結VDMOS是中高壓領域的一種十分重要的功率器件，如圖1所示，其基本結構由交替排列的P柱(P-pillar)和N柱(N-pillar)組成漂移區，且遵循電荷平衡的基本原理，在硅極限限制下突破了傳統結構的限制(Ron-BV)，降低了導通電阻，這種降低的電阻伴隨增強的電流飽和能力，使超級結VDMOS對PWM和電機控制應用特別具有吸引。

然而，和傳統的VDMOS器件類似，超結VDMOS器件也存在一個大的寄生體二極管，當在外圍電路應用出現反向偏壓的情況，即源極(source)接高電位，漏極(drain)接低電位，柵極(gate)接零電位時，這個寄生的體二極管就會開始工作，通常把這種工作模式稱為超結VDMOS的反向導通狀態，如圖2(a)所示，當P-body/N-漂移區的電勢差大于常規PN結內建電勢(約0.7V)時，P-body與P-pillar向漂移區中發射空穴，此時襯底(N+sub)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內發生電導調制效應，使得漂移區中的電阻迅速下降，也即反向導通壓降很低。由于超結P柱區的引入，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漂移區，即N柱區的空穴遠多于傳統VDMOS注入到N-pillar漂移區的空穴。

超結VDMOS反向恢復過程實質是體二極管的關斷過程，該過程如圖3所示，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(Qrr)，這個過程需要一段時間稱為放電時間也即反向恢復時間(Trr)，如圖2(b)所示，在此期間電流反向流過二極管，空穴在漏極高壓電場作用下，被排斥到P-body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+sub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的VDMOS，超結VDMOS在反向恢復抽取過剩載流子的過程中會損耗更多能量。

發明內容

發明目的：本發明的目的之一是提供一種具低反向恢復電荷的雙溝道超結VDMOS器件，減少了超結VDMOS器件的反向恢復電荷，提高器件的反向恢復特性；本發明的目的之二是提供該具低反向恢復電荷的雙溝道超結VDMOS器件的制造方法。

技術方案：本發明的具低反向恢復電荷的雙溝道超結VDMOS器件包括漏電極，N型重摻雜的漏電極歐姆接觸層，交替分布構成漂移區的N型柱區與P型柱區，P型輕摻雜的體(P-body)區，源電極，源電極歐姆接觸區重摻雜N+區，源電極增強對P-base區勢壘耦合的薄氧化層，柵電極，柵氧化層；與右側柵氧化層對應的較薄的左側氧化層；構成縱向溝道的P-base區，源電極歐姆接觸區N+層，向上延伸的N-pillar區，縱向柵氧化層，場氧化層。

即：包括漏電極、重摻雜半導體襯底、位于重摻雜半導體襯底上表面的第一N型柱區與P型柱區，第一N型柱區與P型柱區交替分布構成漂移區；第一N型柱區頂部兩側分別設有一個P-body區，P-body區分別與第一N型柱區、P型柱區相接觸，每個P-body區中分別設有一個第一重摻雜N+區；