[发明专利]一种超结MOSFET

说明书

本发明涉及功率半导体技术，特别涉及一种超结MOSFET。本发明与常规超结MOSFET的区别在于：在一个或多个常规超结元胞旁边设置一个由第二P型柱(5)构成的伪元胞，该伪元胞不含N+有源区，且P柱长度相比正常元胞适当缩短；或者其P柱长度和正常元胞一样，但底部靠近衬底处存在一个掺杂浓度相对较高的区域；或者P柱整体掺杂浓度略高于其他元胞的P柱。当发生雪崩击穿时，伪元胞的击穿电压将比正常元胞略低，雪崩击穿点将被限定在伪元胞处，雪崩电流将通过伪元胞的源电极流出。由于伪元胞不含N+有源区，不存在寄生BJT，就避免了寄生BJT的导通，因此能够提高超结MOSFET器件的雪崩耐量和可靠性。

技术领域

本发明涉及功率半导体技术，特别涉及一种超结MOSFET。

背景技术

功率MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管)以其具有开关速度高、开关损耗低、驱动损耗低等优点，在各种功率变换特别是在高频功率变换中起着重要作用。非箝位感性负载下的开关过程(Unclamped Inductive Switching，UIS)通常被认为是功率器件在系统应用中所能遭遇的最极端电应力情况。因为在回路导通时存储在电感中的能量必须在关断瞬间全部由功率器件释放，同时施加于功率器件的高电压和大电流极易造成器件失效。雪崩耐量是衡量器件抗UIS能力的重要参数。

功率MOSFET的UIS失效模式主要有两种：一种是功率MOSFET的寄生三极管(BJT)导通损坏，另一种是热损坏。寄生BJT导通损坏是指当反向大电流流过器件基区时，会使得基区温度升高，而基区电阻为正温度特性，从而降落在基区的压降增大，如果该压降增大至接近寄生BJT的基区和发射极之间的自建电势，将会导致寄生BJT开启。开启的BJT会进一步的放大流过基区的大电流，进而使结温升高，形成一个正反馈，最后导致器件过热而失效。热损坏是指功率MOSFET工作在大功率情况下，导致结温升高，当器件某薄弱部分的结温升高到器件材料所允许的最大值时，将会因为过热而失效。针对前一种功率MOSFET失效模式，抑制寄生BJT的开启便可提高功率MOSFET的可靠性，通常适当增大MOSFET源区下体区掺杂浓度，减低寄生BJT基区电阻，抑制其开启。而对于后一种功率MOSFET失效模式，可适当优化设计，减少器件的弱单元(薄弱区)或者缩短雪崩击穿电流的路径，减少器件的发热量，减少UIS失效的概率。

具有超结结构的功率MOSFET器件是当代重要的功率器件之一，其基本原理是电荷平衡原理，通过在传统MOSFET的轻掺杂漂移区引入重掺杂交错排列的P、N柱，大大的改善了传统MOSFET击穿电压和导通电阻之间的矛盾关系，因而其在功率系统中获得了广泛的应用。UIS失效已逐渐成为功率MOSFET最主要的安全杀手之一，传统的超结MOSFET器件虽然有效的解决了击穿电压和导通电阻之间的矛盾关系，但其在抗UIS失效性能等方面上还存在很多问题。

发明内容

雪崩耐量是超结MOSFET器件可靠性的重要指标。相比于雪崩击穿点位于终端处的情况，当雪崩击穿点在器件有源区时，雪崩电流可通过源极接触泄放，电流泄放通路较宽，可以较好的避免热损坏的失效模式；但是雪崩击穿点在器件有源区带来的问题是：雪崩电流将流经元胞寄生BJT的基极电阻，有可能造成寄生BJT的开启(如图1所示)，同样可能影响器件的雪崩耐量。

本发明所要解决的问题是：既保证雪崩击穿点位于器件有源区，又能抑制超结MOSFET元胞的寄生BJT开启，提高器件的可靠性。