[发明专利]快速超结纵向双扩散金属氧化物半导体管

说明书

技术领域

本发明涉及一种硅制高压功率金属氧化物半导体器件，更准确的讲，涉及一种硅制高压超结纵向双扩散金属氧化物半导体场效应晶体管。

背景技术

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、增大工作电流、减小导通电阻和集成化的方向快速发展。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晶体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，这种高浓度的掺杂使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晶体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。而且通过优化和改善整个器件的终端边缘区域的结构提高了器件的整体耐压。

然而，参照图2，传统超结纵向双扩散金属氧化物半导体管中，体二极管的结面积相对于纵向双扩散金属氧化物半导体场效应晶体管显著增大，当源漏正向偏置时，由于体二极管的结两侧注入大量少数载流子而存储大量电荷，从而导致器件源漏反向偏置时的反向恢复电荷很多，且p柱和n柱在较低的反向偏压时就可以完全耗尽，于是源漏反向偏置时，反向恢复电荷就必须在短时间内完全消除，导致流经体二极管的反向恢复电流变化很快，即体二极管的存在制约了器件的反向恢复特性。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提出一种快速超结纵向双扩散金属氧化物半导体管的结构，该结构可以在不影响器件耐压性能的基础上，减少了体二极管的反向恢复电荷，从而提高反向恢复特性，降低了器件的开关损耗。

本发明采用如下技术方案：

一种快速超结纵向双扩散金属氧化物半导体管，包括：元胞区，设在芯片最外围的终端区及位于元胞区与终端区之间的过渡区，在元胞区、过渡区和终端区的底部设有漏极金属，在漏极金属上设有重掺杂n型硅衬底，作为该芯片的漏区，在重掺杂n型硅衬底上设有n型掺杂外延层，在n型掺杂外延层中设有间断不连续的p型掺杂柱状半导体区，

在元胞区中的p型掺杂柱状半导体区上设有第一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一p型重掺杂半导体接触区和n型重掺杂半导体源区，在第一p型重掺杂半导体接触区及n型重掺杂半导体源区以外区域设有栅氧化层，在栅氧化层上方设有多晶硅栅，在多晶硅栅上设有第一型场氧化层，在n型重掺杂半导体源区和第一p型重掺杂半导体接触区上连接有源极金属，

在过渡区中的n型掺杂外延层中设有第二p型掺杂半导体区，且第二p型掺杂半导体区覆盖了过渡区中全部的p型掺杂柱状半导体区，在第二p型掺杂半导体区中设有两个第二p型重掺杂半导体接触区和n型重掺杂半导体区，且邻近元胞区的第二p型重掺杂半导体接触区位于过渡区中的与元胞区相邻的p型掺杂柱状半导体区的上方，n型重掺杂半导体区位于过渡区中从左侧起第二个p型掺杂柱状半导体区的上方，右侧的第二p型重掺杂半导体接触区位于n型重掺杂半导体区的中间区域，在第二p型掺杂半导体区、第二p型重掺杂半导体接触区及n型重掺杂半导体区表面设有第二型场氧化层，在位于第二p型掺杂半导体区内部且邻近元胞区的第二p型重掺杂半导体接触区表面设有接触孔与源极金属相连，

在终端区中，在n型掺杂外延层的右上角设有n型重掺杂半导体区，在终端区表面设有第二型场氧化层，

其特征在于，在过渡区中的第二p型掺杂半导体区内设有n型重掺杂半导体区，且在n型重掺杂半导体区表面设有接触孔与金属层相连，形成芯片的地接触电极。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

(1)参照图3，本发明结构是四端口器件，除传统器件拥有的源极、漏极和栅极外，此器件还存在地接触极，且该电极在器件正常工作时始终接地，在系统应用中不需要额外的偏置电路为其提供偏置电压，因此不会增加对应系统设计的难度。