[發明專利]低導通電阻的超結VDMOS結構

有效

• 申請號: 202111584948.2
• 申請日: 2021-12-23
• 公開（公告）號: CN113964189B
• 公開（公告）日: 2022-04-05
• 發明（設計）人: 李呂強;陳輝
• 申請（專利權）人: 杭州芯邁半導體技術有限公司
• 主分類號: H01L29/06
• 分類號: H01L29/06;H01L29/78
• 代理公司: 上海光華專利事務所(普通合伙) 31219
• 代理人: 賀妮妮

本發明提供一種低導通電阻的超結VDMOS結構，該結構包括：位于第一導電類型半導體漏區上的超結結構；超結結構包括第一導電類型及第二導電類型半導體柱；相鄰兩第一導電類型及第二導電類型半導體柱的交界面部分區域替換為由異質結形成的橫向HEMT結構；HEMT結構包括第一半導體材料柱及第二半導體材料柱。通過在超結區域設置異質結形成HEMT結構，引入二維電子氣來進行導電，極大地降低器件導通電阻，通過超結結構的第一導電類型半導體柱與第二導電類型半導體柱之間的電位差來控制HEMT結構的關斷，保證在源區與漏區之間的低漏壓下，二維電子氣可存在于異質結表面，有效減低器件的導通電阻；在源區與漏區之間的高漏壓下，二維電子氣耗盡，器件能夠耐受高壓。

技術領域

本發明屬于功率半導體器件技術領域，特別是涉及一種低導通電阻的超結VDMOS結構。

背景技術

目前，功率半導體器件的應用領域越來越廣，可廣泛地應用于DC-DC變換器、DC-AC變換器、繼電器、馬達驅動等領域。縱向雙擴散金屬氧化物半導體場效應晶體管（verticaldouble-diffused metal oxide semiconductor field effect transistor，VDMOS）與雙極型晶體管相比，具有開關速度快、損耗小、輸入阻抗高、驅動功率小、頻率特性好、跨導高度線性等優點，因而成為目前應用最為廣泛的新型功率器件。但常規VDMOS器件也有其天生的缺點，即導通電阻隨耐壓的增長導致功耗的急劇增加。以超結VDMOS為代表的電荷平衡類器件的出現改善了這一矛盾，降低了導通電阻和耐壓之間的制約關系，可同時實現低通態功耗和高阻斷電壓，因此迅速在各種高能效場合取得應用，市場前景非常廣泛。基本的功率超結VDMOS結構為利用相互交替的P柱與N柱代替傳統的功率器件的N漂移區，在器件處于關斷狀態時，在反向偏壓下，由于橫向電場（x方向）和縱向電場（y方向）的相互作用，p柱區和n柱區將完全耗盡，耗盡區內縱向電場分布趨于均勻，因而理論上擊穿電壓僅僅依賴于耐壓層的厚度，與摻雜濃度無關，耐壓層摻雜濃度可以提高將近一個數量級，從而有效地降低了器件的導通電阻，降低導通功耗。

但是目前的超結VDMOS受到材料限制，半導體材料內載流子的遷移速率以及器件比導通電阻和耐壓之間的折衷關系都限制了器件導通電阻的進一步降低。

發明內容

鑒于以上所述現有技術的缺點，本發明的目的在于提供一種低導通電阻的超結VDMOS結構，用于解決現有技術中的超結VDMOS由于受材料限制導致導通電阻無法得到進一步降低等的問題。

為實現上述目的及其他相關目的，本發明提供一種低導通電阻的超結VDMOS結構，所述超結VDMOS結構包括：

第一導電類型半導體漏區，位于所述第一導電類型半導體漏區上的超結結構，位于所述超結結構上的第二導電類型半導體體區、第一導電類型半導體源區及柵極結構；

所述超結結構包括第一導電類型半導體柱及第二導電類型半導體柱，所述第一導電類型半導體柱與第二導電類型半導體柱橫向交替排布，且所述第二導電類型半導體柱位于所述第二導電類型半導體體區下方，所述第一導電類型半導體柱位于所述柵極結構下方；其中，所述超結結構中相鄰兩所述第一導電類型半導體柱及第二導電類型半導體柱的交界面部分區域替換為由異質結形成的橫向HEMT結構；

所述HEMT結構包括第一半導體材料柱及第二半導體材料柱，所述第一半導體材料柱設置于所述第一導電類型半導體柱的界面處，所述第二半導體材料柱設置于所述第二導電類型半導體柱的界面處，且所述HEMT結構位于所述第一導電類型半導體漏區表面上并不與所述第二導電類型半導體體區接觸，其中，所述第二半導體材料柱與所述第二導電類型半導體柱的接觸表面形成二維電子氣，所述第一半導體材料柱與第二半導體材料柱的接觸表面形成二維電子氣。

可選地，所述第一導電類型半導體漏區、所述超結結構、所述第二導電類型半導體體區及所述第一導電類型半導體源區的材料為SiC；所述HEMT結構中所述第一半導體材料柱的材料為GaN，所述第二半導體材料柱的材料為AlGaN。