[發明專利]一種改善體二極管特性的超結器件

有效

• 申請號: 202210370739.6
• 申請日: 2022-04-11
• 公開（公告）號: CN114464672B
• 公開（公告）日: 2022-07-08
• 發明（設計）人: 楊國江;于世珩
• 申請（專利權）人: 江蘇長晶科技股份有限公司;江蘇長晶浦聯功率半導體有限公司
• 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

一種改善體二極管特性的超結器件，由下至上具有：金屬化漏極、重摻雜第一導電類型半導體襯底、第一導電類型半導體緩沖層及低摻雜第一導電類型半導體緩沖層，第一導電類型半導體外延層和第二導電類型半導體柱構成超結結構，第二導電類型半導體柱向下延伸至低摻雜第一導電類型半導體緩沖層之中且被高摻雜第一導電類型半導體阻擋層所包圍，高摻雜第一導電類型半導體阻擋層也位于低摻雜第一導電類型半導體緩沖層之中。本發明在超結柱的底部引入雙緩沖層結構和阻擋層結構，有效減慢對漂移區底部的非平衡載流子抽取速度，從而減小器件反向恢復過程中的電流變化率，緩解反向電流的突變，增大了體二極管反向恢復的軟度因子，改善器件的EMI特性。

技術領域

本發明涉及功率半導體器件技術領域，涉及超結DMOS器件，為一種改善體二極管特性的超結器件。

背景技術

功率DMOS由于其獨特的高輸入阻抗、低驅動功率、高開關速度、優越的頻率特性、以及很好的熱穩定性等特點，廣泛地應用于開關電源、汽車電子、馬達驅動等各種領域。超結（Super-junction）DMOS器件是近年來出現的一種重要的功率器件，它的基本原理是電荷平衡原理，通過在普通功率DMOS的漂移區中引入彼此間隔的P柱和N柱的超結結構，大大改善了普通DMOS的導通電阻與擊穿電壓之間的折中關系，因而在功率系統中獲得了廣泛的應用。

超結DMOS存在一個體二極管，可起到反向并聯續流二極管的作用，因此體二極管特性對于功率超結器件在橋式電路等應用中至關重要。在這個體二極管處于導通狀態時，大量過剩載流子貯存在N柱區中，使超結DMOS具有很多的反向恢復電荷；體二極管處于反向恢復狀態時，由于PN 結的面積大了許多，對非平衡載流子的抽取加快，這就造成了超結DMOS的體二極管反向恢復硬度很高，易產生較大的電壓和電流過沖，帶來較大的電磁干擾(EMI)噪聲，甚至會發生器件損傷。

發明內容

本發明針對上述問題，提供一種改善體二極管特性的超結器件，通過引入緩沖層和空穴阻擋層，改善了體二極管的反向恢復特性，提高了器件的可靠性。

本發明所采用的技術方案：一種改善體二極管特性的超結器件，器件由下至上具有：金屬化漏極、重摻雜第一導電類型半導體襯底、第一導電類型半導體緩沖層及低摻雜第一導電類型半導體緩沖層，所述低摻雜第一導電類型半導體緩沖層之上具有第一導電類型半導體外延層，第一導電類型半導體外延層中具有第二導電類型半導體柱，第一導電類型半導體外延層和第二導電類型半導體柱構成超結結構，所述第二導電類型半導體柱向下延伸至低摻雜第一導電類型半導體緩沖層之中，且第二導電類型半導體柱的底面和下部側面被高摻雜第一導電類型半導體阻擋層所包圍，所述高摻雜第一導電類型半導體阻擋層也位于低摻雜第一導電類型半導體緩沖層之中，其中所述重摻雜、高摻雜及低摻雜指摻雜濃度，重摻雜濃度＞高摻雜濃度＞第一導電類型半導體外延層的摻雜濃度＞低摻雜濃度，所述第一導電類型半導體緩沖層的摻雜濃度高于低摻雜第一導電類型半導體緩沖層的摻雜濃度且低于第一導電類型半導體外延層的摻雜濃度，第一導電類型半導體外延層和低摻雜第一導電類型半導體緩沖層的雜質總量相比第二導電類型半導體柱的雜質總量，偏差在正負5%以內。

進一步的，第一導電類型半導體外延層的摻雜濃度在1e15cm^-3到5e15cm^-3的范圍內，重摻雜濃度在1e19cm^-3以上，高摻雜濃度高于第一導電類型半導體外延層的摻雜濃度1到2個數量級。