[發明專利]一種改善反向恢復特性的超結MOSFET器件

在審

• 申請號: 202110934445.7
• 申請日: 2021-08-16
• 公開（公告）號: CN113611749A
• 公開（公告）日: 2021-11-05
• 發明（設計）人: 陳雪萌;王艷穎;錢曉霞;湯藝
• 申請（專利權）人: 上海道之科技有限公司
• 主分類號: H01L29/78
• 分類號: H01L29/78;H01L29/06
• 代理公司: 杭州九洲專利事務所有限公司 33101
• 代理人: 陳琦;陳繼亮

本發明公開了一種改善反向恢復特性的超結MOSFET器件，包括N+襯底層及交替布置排列在N+襯底層上的若干P柱和N柱，N+襯底層的底部設置有漏極；所述P柱和N柱的頂部設置有一層N外延層，該N外延層上設置有與所述P柱位置和數量對應的P型體區，超結MOSFET器件本體內部分區域的P柱向上延伸并形成外延P柱，該外延P柱穿過N外延層并與對應位置的P型體區連接以保持相同電位；所述P型體區的頂部設置有一層介質層，介質層的頂部設置有分別與P柱及外延P柱位置對應的源極金屬層及第一金屬層，介質層內設置有若干連接孔，所述外延P柱與原胞的源極金屬層之間正向串聯或反向串聯有至少一個二極管。

技術領域

本發明涉及超結MOSFET（SJ-MOSFET）器件的設計和工藝制作領域，具體涉及一種改善反向恢復特性的超結MOSFET器件。

背景技術

超結MOSFET器件的基本結構是由交替排列的P柱和N柱組成。在器件處于阻斷狀態時，超結結構中的P柱和N柱完全耗盡，在漂移區橫向電場的調制下，器件的縱向電場趨于均勻分布。理論上超結結構的耐壓能力僅依賴于漂移區的厚度，而與摻雜濃度無關，因此超結結構打破了傳統功率器件導通電阻受擊穿電壓限制的“硅極限”，使Ron-VB關系從2.5次方變為1.32次方。因此，超結MOSFET器件具有較低的導通電阻和較快的開關速度，所以已經廣泛用于太陽能、風力發電、服務器和通信電源系統、醫療和工業控制、電源開關等領域，是大功率電力電子行業應用的關鍵器件。

然而，與傳統的MOSFET相比，超結器件存在更大的寄生體二極管，該二極管由體區、Ｐ柱和Ｎ漂移區之間的PN結構成。當器件作為續流二極管時，該寄生的二極管就會開始工作。此時器件的源極接高電位，漏極接低電位，寄生二極管處于正向導通狀態，體區、P柱向N漂移區中發射空穴，同時漏極的N+襯底也開始向漂移區發射電子，寄生二極管處于導通狀態。由于超結器件P柱區的引入，使得發生空穴注入時，發射效率會增強，即注入到N漂移區的的空穴遠多于傳統MOSFET中的空穴。 當寄生二極管關斷時，需要釋放存儲在漂移區的剩余載流子，這個過程需要一段時間即反向恢復時間（Trr）。超結MOSFET由于寄生二極管導通時注入的空穴遠多于傳統MOSFET,所以反向恢復抽取過剩載流子的過程中會損耗更多的能量。

發明內容

本發明要解決的技術問題在于，針對現有技術的上述缺陷，提供一種改善反向恢復特性的超結MOSFET器件，通過對器件結構的設計使得該超結MOSFET器件作為續流二極管工作時，即寄生二極管反向導通時，寄生二極管發射空穴和電子的能力和傳統MOSFET的能力幾乎相同，這樣器件關斷時剩余載流子的抽取能力也會大大改善。

本發明的目的是通過如下技術方案來完成的，一種改善反向恢復特性的超結MOSFET器件，包括超結MOSFET器件本體，所述超結MOSFET器件本體包括N+襯底層及交替布置排列在N+襯底層上的若干P柱和N柱，N+襯底層的底部設置有漏極；所述P柱和N柱的頂部設置有一層N外延層，該N外延層上設置有與所述P柱位置和數量對應的P型體區，超結MOSFET器件本體內部分區域的P柱向上延伸并形成外延P柱，該外延P柱穿過N外延層并與對應位置的P型體區連接以保持相同電位；所述P型體區的頂部設置有一層介質層，介質層的頂部設置有分別與P柱及外延P柱位置對應的源極金屬層及第一金屬層，介質層內設置有柵極及與P型體區數量對應且貫穿設置在P型體區與源極金屬層或P型體區與第一金屬層之間的連接孔，所述外延P柱與原胞的源極金屬層之間串聯有一個或若干個二極管，該二極管與對應側的源極金屬層及第一金屬層之間設置有連接孔。

進一步地，所述二極管正向串聯或反向串聯在外延P柱與原胞的源極金屬層之間，即所述二極管為PNPN二極管或NPNP二極管。

進一步地，所述介質層靠近外延P柱一側的底部設置有場氧化層，所述二極管布置在所述場氧化層上或布置在N外延層內。

進一步地，所述超結MOSFET器件本體內的P柱和N柱由多次外延注入形成或由深溝槽刻蝕外延填充形成。