[發明專利]一種改善柵電容特性的超結MOSFET

有效

• 申請號: 202210370737.7
• 申請日: 2022-04-11
• 公開（公告）號: CN114464671B
• 公開（公告）日: 2022-07-01
• 發明（設計）人: 楊國江;郭智;汪陽
• 申請（專利權）人: 江蘇長晶浦聯功率半導體有限公司;江蘇長晶科技股份有限公司
• 主分類號: H01L29/06
• 分類號: H01L29/06;H01L29/78
• 代理公司: 南京天翼專利代理有限責任公司 32112
• 代理人: 奚銘

一種改善柵電容特性的超結MOSFET，包括源極金屬層、高摻雜第二類導電類型半導體JFET區、中低摻雜第二類導電類型半導體耗盡區擴展層、中等摻雜第二類導電類型半導體柱區、中高摻雜第二類導電類型半導體耗盡區壓縮層、高摻雜第二類導電類型半導體漏區、漏極金屬層；本發明在超結MOSFET器件的基礎上，在第二類導電類型柱區近JFET端設置低摻雜區域，近緩沖層端設置高摻雜區域，同時設置較高摻雜的薄JFET區保證器件電流能力和柵控能力。本發明使柵漏電容隨電壓變化的陡變現象得到緩和，在兼顧開關速度的同時，改善了超結器件的EMI特性，提高器件的可靠性。

技術領域

本發明屬于半導體器件技術領域，涉及超結場效應管，為一種改善柵電容特性的超結MOSFET。

背景技術

超結MOSFET采用交替布置的P/N柱取代傳統VDMOS的單一導電型的漂移區，與傳統的VDMOS相比，改善了導通電阻和擊穿電壓之間的折衷關系，突破了硅的限制，具有低功率損耗、高開關狀態轉換速度等特點，成為了符合“碳中和”發展趨勢的新型功率器件，應用前景十分廣闊。超結MOSFET可以廣泛應用在伺服/電信、充電樁、適配器、照明、智能電表、LCD電視等系統里，替代SMPS拓撲中的傳統MOSFET開關，以使系統獲得更高效率和更低的功耗。

作為在開關電源中的功率開關管，超結MOSFET器件寄生電容特有的非線性性嚴重影響著開關特性。一方面，開關過程中電流通過相關元器件會產生較大的尖峰干擾和諧振噪聲，這些電流電壓的過沖與振蕩會產生EMI傳導或輻射噪聲，可能竄入電網或影響系統電磁環境，從而影響自身及其它電磁敏感器件的工作，降低系統可靠性；另一方面，開關瞬態同時存在的較高電壓和電流，將帶來動態損耗，降低系統工作效率。而寄生電容特性對于功率超結MOSFET的開啟和關斷過程至關重要。為了提高器件的開關速度以降低動態損耗，需要降低超結降低MOSFET的柵漏電容C_GD；但是，柵漏電容C_GD過小又會使開關dv/dt過大，這容易增大電流電壓過沖以及振蕩幅值，使器件EMI噪聲過大，甚至造成器件的燒毀。

發明內容

本發明要解決的問題是：針對現有超結MOSFET器件的寄生電容問題，改善超結MOSFET的柵電容特性，提出一種柵電容特性改善的超結MOSFET器件，在兼顧開關特性的同時，改善超結器件的EMI噪聲特性，提高器件及應用系統的可靠性。

本發明的技術方案為：一種改善柵電容特性的超結MOSFET，從上至下依次包括源極金屬層、中高摻雜第二類導電類型半導體JFET區、中低摻雜第二類導電類型半導體耗盡區擴展層、中等摻雜第二類導電類型半導體柱區、中高摻雜第二類導電類型半導體耗盡區壓縮層、摻雜第二類導電類型半導體漏區和漏極金屬層；

中高摻雜第二類導電類型半導體JFET區上表面的柵極絕緣氧化層內部設有多晶硅柵電極，中高摻雜第二類導電類型半導體JFET區的左右兩側為高摻雜第一類導電類型半導體體區，高摻雜第一類導電類型半導體體區的內部上表面設置有重摻雜第一類導電類型半導體歐姆接觸區和重摻雜第二類導電類型半導體源區；所述多晶硅柵電極與高摻雜第一類導電類型半導體體區之間、多晶硅柵電極和中高摻雜第二類導電類型半導體JFET區之間都通過柵極絕緣氧化層相隔離；所述多晶硅柵電極與源極金屬層之間通過柵極絕緣氧化層相隔離；所述重摻雜第二類導電類型半導體源區和中高摻雜第二類導電類型半導體JFET區之間為高摻雜第一類導電類型半導體體區；所述重摻雜第二類導電類型半導體源區上表面與源極金屬層、柵極絕緣氧化層接觸；所述重摻雜第一類導電類型半導體歐姆接觸區上方與源極金屬層接觸；中等摻雜第一類導電類型半導體柱位于中等摻雜第二類導電類型半導體柱區的半導體柱之間，中等摻雜第一類導電類型半導體柱上下分別與高摻雜第一類導電類型半導體體區與高摻雜第二類導電類型半導體漏區相接；

中低摻雜第二類導電類型半導體耗盡區擴展層位于中高摻雜第二類導電類型半導體JFET區下方，與所述中等摻雜第二類導電類型半導體柱區相接；所述中高摻雜第二類導電類型半導體耗盡區壓縮層位于高摻雜第二類導電類型半導體漏區上方，與所述中等摻雜第二類導電類型半導體柱區相接，