一种快速超结纵向双扩散金属氧化物半导体管

摘要

一种快速超结纵向双扩散金属氧化物半导体管，包括：兼做漏区的N型掺杂硅衬底、N型掺杂硅外延层、超结结构，所述的N型掺杂硅外延层设在N型掺杂硅衬底上，超结结构设在N型硅掺杂半导体区上，所述的超结结构由间隔排列的P型柱和N型柱组成，在P型柱上有第一P型掺杂半导体区，且第一P型掺杂半导体区位于N型掺杂外延层内，在第一P型掺杂半导体区中设有第二P型重掺杂半导体接触区和N型重掺杂半导体源区，其特征在于，在N型柱表面有源极埋层，源极埋层包括薄氧化层和薄氧化层上的多晶硅，多晶硅栅和源极金属相连。

权利要求

1.一种快速超结纵向双扩散金属氧化物半导体管，包括：兼做漏区的N型掺杂硅衬底(1)、N型掺杂硅外延层(2)、超结结构(3)，所述的N型掺杂硅外延层(2)设在N型掺杂硅衬底(1)上，超结结构(3)设在N型硅掺杂半导体区(2)上，所述的超结结构(3)由间隔排列的P型柱(4)和N型柱(5)组成，在P型柱上有第一P型掺杂半导体区(6)，且第一P型掺杂半导体区(6)位于N型掺杂外延层(2)内，在第一P型掺杂半导体区(6)中设有第二P型重掺杂半导体接触区(8)和N型重掺杂半导体源区(7)，在N型柱(5)上方设有栅氧化层(9)，在栅氧化层(9)上方设有多晶硅栅(10)，在多晶硅栅(10)上设有第一型氧化层(11)，在第二P型重掺杂半导体接触区(8)和N型重掺杂半导体源区(7)上连接有源极金属(12)，其特征在于，在N型柱表面有源极埋层(13)，源极埋层(13)包括薄氧化层(14)和薄氧化层上的多晶硅(15)，多晶硅(15)和源极金属(12)相连，源极埋层(13)位于栅氧化层(9)下方，源极埋层的薄氧化层使其中的多晶硅与N型柱隔离，源极埋层中的多晶硅和源极金属相连。

2.根据权利要求1所述的快速超结纵向双扩散金属氧化物半导体管，其特征在于，源极埋层(10)的宽度为10纳米～50微米。

3.根据权利要求1所述的快速超结纵向双扩散金属氧化物半导体管，其特征在于，薄氧化层(14)的厚度为1纳米～5微米。

4.根据权利要求1所述的快速超结纵向双扩散金属氧化物半导体管，其特征在于，多晶硅(15)上的栅极氧化层的厚度为1纳米～5微米。

5.根据权利要求1所述的快速超结纵向双扩散金属氧化物半导体管，其特征在于，多晶硅(15)上的栅极氧化层的宽度10纳米～50微米。

说明书

一种快速超结纵向双扩散金属氧化物半导体管

技术领域

[0001] 本发明属于半导体功率器件技术领域，涉及快速开关的硅制高压功率器件，特别适用于硅制超结纵向双扩散金属氧化物场效应晶体管(Superjunction VDMOS，即超结VDMOS，一下均简写为超结VDMOS)，更具体的说，涉及一种可以快速开关、超低损耗的硅制超结VDMOS的结构。

背景技术

[0002] 目前，功率器件在日常生活、生产等领域的应用越来越广泛，特别是功率金属氧化物半导体场效应晶体管，由于它们拥有较快的开关速度、较小的驱动电流、较宽的安全工作区，因此受到了众多研究者们的青睐。如今，功率器件正向着提高工作电压、增加工作电流、减小导通电阻、加快开关速度和集成化的方向发展。在众多的功率金属氧化物半导体场效应晶体管器件中，尤其是在纵向功率金属氧化物半导体场效应晶体管中，超结半导体功率器件的发明，它克服传统功率金属氧化物半导体场效应管导通电阻与击穿电压之间的矛盾，改变了传统功率器件依靠漂移层耐压的结构，而是采用了一种“超结结构”——P型、N型硅半导体材料在漂移区相互交替排列的形式。这种结构改善了击穿电压和导通电阻不易同时兼顾的情况，在截止态时，由于P型柱和N型柱中的耗尽区电场产生相互补偿效应，使P型柱和N型柱的掺杂浓度可以做得很高而不会引起器件击穿电压的下降。导通时，这种高浓度的掺杂器件的导通电阻明显降低。由于超结纵向双扩散金属氧化物半导体场效应管的这种独特器件结构，使它的电性能明显优于传统功率金属氧化物半导体场效应晶体管，因此这种技术被人们称为功率金属氧化物半导体场效应晶体管技术上的一个里程碑。

[0003] 功率器件不仅在国防、航天、航空等尖端技术领域倍受青睐，在工业，民用家电等领域也同样为人们所重视。随着功率器件的日益发展，其可靠性也已经成为人们普遍关注的焦点。功率器件为电子设备提供所需形式的电源和电机设备提供驱动，几乎一切电子设备和电机设备都需用到功率器件，所以对器件可靠性的研究有着至关重要的意义。

[0004] 可靠性的定义是产品在规定的条件下和规定的时间内，完成规定功能的能力。所谓规定的条件，主要指使用条件和环境条件。使用条件是指那些将进入到产品或材料内部而起作用的应力条件，如电应力、化学应力和物理应力。可靠性试验的范围非常广泛，其目的是为了考核电子元器件等电子产品在储存、运输和工作过程中可能遇到各种复杂的机械、环境条件。

[0005] 然而，传统超结纵向双扩散金属氧化物半导体管中，由于漂移区的浓度远远高于纵向双扩散金属氧化物半导体场效应晶体管，使其栅极寄生电容很高，在器件开关过程中，影响开关速度与开关损耗。

[0006] 另外，传统纵向双扩散金属氧化物半导体场效应管中，由于开关速度很快，在器件的漏源两端的电压快速变化，漏源电容产生很大的漂移电流，流过P型掺杂区，导致器件寄生三极管导通，器件失效。

发明内容

[0007] 本发明提供了一种快速超结纵向双扩散金属氧化物半导体管，所涉及的结构能减小栅极寄生电容，加快器件的开关速度，减小器件开关过程的损耗，并且能抑制器件内寄生三极管的开启，提高器件的可靠性。

[0008] 本发明提供如下技术方案：

[0009] 一种快速超结纵向双扩散金属氧化物半导体管，包括：兼做漏区的N型掺杂硅衬底、N型掺杂硅外延层、超结结构，所述的N型掺杂硅外延层设在N型掺杂硅衬底上，超结结构设在N型硅掺杂半导体区上，所述的超结结构由间隔排列的P型柱和N型柱组成，在P型柱上有第一P型掺杂半导体区，且第一P型掺杂半导体区位于N型掺杂外延层内，在第一P型掺杂半导体区中设有第二P型重掺杂半导体接触区和N型重掺杂半导体源区，在N型柱上方设有栅氧化层，在栅氧化层上方设有多晶硅栅，在多晶硅栅上设有第一型氧化层，在第二P型重掺杂半导体接触区和N型重掺杂半导体源区上连接有源极金属，在N型柱表面有源极埋层，源极埋层包括薄氧化层和薄氧化层上的多晶硅，多晶硅栅和源极金属相连。

[0010] 与现有技术相比，本发明具有如下优点：

[0011] 1、本发明结构在传统的超结结构N型柱表面设有源极埋层，源极埋层位于栅极氧化层下方，源极埋层的氧化层使其中的多晶硅与N型柱隔离，源极埋层中的多晶硅和源极金属相连。源极埋层的结构能够使栅极的寄生电容减小，加快了器件的开关速度，减小了器件的开关损耗。

[0012] 2、本发明结构为器件内寄生电容的充电提供了一条电流通路，在关断过程中漏极和源极电压的变化引起的位移电流会有一部分流过源极埋层，从而减小了流过P型掺杂区的电流，使器件内寄生三极管更难开启，增强了器件的可靠性。

附图说明

[0013] 图1是本发明内容所涉及一种快速超结纵向双扩散金属氧化物半导体管的结构示意图。

[0014] 图2是传统的超结纵向双扩散金属氧化物半导体管的结构示意图。

[0015] 图3是本发明内容所涉及一种快速超结纵向双扩散金属氧化物半导体管的位移电流路径示意图。

[0016] 图4是传统的超结纵向双扩散金属氧化物半导体的位移电流路径示意图。

具体实施方式

[0017] 一种快速超结纵向双扩散金属氧化物半导体管，包括：兼做漏区的N型掺杂硅衬底1、N型掺杂硅外延层2、超结结构3，所述的N型掺杂硅外延层2设在N型掺杂硅衬底1上，超结结构3设在N型硅掺杂半导体区2上，所述的超结结构3由间隔排列的P型柱4和N型柱5组成，在P型柱上有第一P型掺杂半导体区6，且第一P型掺杂半导体区6位于N型掺杂外延层2内，在第一P型掺杂半导体区6中设有第二P型重掺杂半导体接触区8和N型重掺杂半导体源区7，在N型柱5上方设有栅氧化层9，在栅氧化层9上方设有多晶硅栅10，在多晶硅栅10上设有第一型氧化层11，在第二P型重掺杂半导体接触区8和N型重掺杂半导体源区7上连接有源极金属12，在N型柱表面有源极埋层13，源极埋层13包括薄氧化层14和薄氧化层上的多晶硅15，多晶硅栅15和源极金属12相连。

[0018] 源极埋层的宽度可大可小，取决于漏源电容和栅漏电容的大小，薄氧化层的厚度可以调节，取决于漏源电容的大小，多晶硅上的栅极氧化层的厚度可以调节，取决于栅源电容的大小，在本实施例中，源极埋层的宽度为10纳米～50微米，薄氧化层14的厚度为1纳米～5微米，多晶硅上的栅极氧化层的厚度为1纳米～5微米，多晶硅上的栅极氧化层的宽度10纳米～50微米。

[0019] 下面参照附图，对本发明的具体实施方式做出更为详细的说明：

[0020] 图1为本发明涉及的一种快速超结纵向双扩散金属氧化物半导体管的结构示意图，其中源极埋层设置在栅极下方的N型外延层中。

[0021] 图3为本发明涉及的一种快速超结纵向双扩散金属氧化物半导体管结构在关断时位移电流的流向，可以看到一部分电流流向了源极埋层从而减小了流向寄生三极管的电流，阻止了寄生三极管开启。

[0022] 参照图4，传统的超结纵向双扩散金属氧化物半导体管结在关断时位移电流的全部流经寄生三极管的基区，寄生三极管开启的风险较大。