[发明专利]一种超结器件

说明书

技术领域

本发明涉及半导体领域，尤其涉及一种超结器件。

背景技术

在功率半导体领域内，以垂直双扩散工艺形成的纵向金属氧化物半导体场效应晶体管(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor，MOSFET)称为VDMOSFET，简称VDMOS。如图1所示，VDMOS的耐压层由轻掺杂的外延漂移区组成，电场近似为梯形分布，电场所包围的面积为击穿电压(BV)。提高BV需要增加漂移区厚度以及减小的漂移区掺杂浓度，会导致导通电阻Ron变大，大大增加了功耗。BV与Ron存在制约关系，被称为硅极限。至从1980年VDMOS被发明以来，很多人都研究如何突破硅极限，一种是提出用宽禁带半导体来代替硅材料，另一种是对硅基VDMOS结构进行改进优化，其中最为成功的就是超结VDMOS，如图2所示，超结VDMOS耐压层由N柱P柱交替构成，基于电荷补偿原理，电场近似为矩形分布，使BV只依赖于漂移区厚度，而与其掺杂浓度无关。超结耐压层的掺杂浓度可比VDMOS高一个数量级，同等BV的Ron可比传统VDMOS小5-10倍，被誉为功率半导体器件发展史上里程碑式的结构。

但是，超结结构的引入大大增加了器件内部的PN结面积，使得器件的反向恢复特性变差，下面详细叙述超结器件反向恢复特性较差的原因。

功率VDMOS器件本身存在一个寄生的体二极管，当在外围电路应用出现反向偏压的情况，即源极(S端)接高电位，漏极(D端)接低电位，栅极(G端)接零电位时，这个寄生的二极管就会开始工作，通常把这种工作模式称为VDMOS的反向导通状态，其工作机理如图3所示，P-body/N-漂移区的电势差大于0.7V时，P-body向漂移区中发射空穴，此时衬底接低电位，空穴在电场作用下流向漏极。为了保持漂移区中的电中性，与此同时N+衬底也开始向漂移区中发射电子，空穴和电子在漂移区发生电导调制效应，使得漂移区中的电阻迅速下降，也即反向导通压降很低。这种工作模式与VDMOS在正向导通时由本质区别，由于既有空穴参与导电，又有电子参与导电，故将VDMOS反向导通称为双极导电模式。同理图4给出了超结VDMOS的方向导通电荷分布示意图。其反向导通电导机理与传统的VDMOS没有本质区别，也即相当于体内反并联一个二极管，但对NMOS器件，由于超结P柱的引入，在发生空穴注入时，发射效率会有所增强，也就是说超结器件反向导通时注入到N-Pillar即N柱区的空穴远多于传统VDMOS注入到N-漂移区的空穴。

VDMOS反向恢复过程实质是体二极管的关断过程，当二极管从反向导通状态向反向截止状态过渡时，需要首先释放存储在漂移区中的剩余载流子，这个过程需要一段时间称为放电时间也即反向恢复时间，在此期间电流反向流过二极管，如图5所示，空穴在漏极高压电场作用下，被排斥到P阱区，最后从源极处流出，电子在漏极高压电场作用下，被吸引到N+衬底，最后从漏极流出，这个过程直到漂移区中的空穴被抽取完全为止。

由于超结VDMOS反向导通时注入器件超结N柱中的空穴电子对远多于传统VDMOS，所以如图6所示，超结VDMOS在抽取过剩载流子的过程中会损耗更多能量，同时恢复时间也会降低。

也就是说，现有技术中的超结VDMOS，存在器件反向恢复耗时长的技术问题。

发明内容

本发明通过提供一种超结器件，解决了现有技术中的超结VDMOS，存在的器件反向恢复耗时长的技术问题。

为解决上述技术问题，本发明提供了如下技术方案：

一种超结器件，包括：

外延层，所述外延层中有超结结构，所述超结结构为交替设置的多根第一掺杂立柱和多根第二掺杂立柱，其中，所述第一掺杂立柱与所述第二掺杂立柱的掺杂类型不相同；

多个表面结构，所述表面结构包括：第一掺杂阱区和设置在所述第一掺杂阱区内的第二掺杂阱区，所述第一掺杂阱区与所述第二掺杂阱区的掺杂类型不相同；

隔离区，设置在所述超结结构的第一掺杂立柱与所述第一掺杂阱区之间，其中，所述第一掺杂立柱与所述第一掺杂阱区的掺杂类型相同，所述隔离区与所述第二掺杂立柱的掺杂类型相同。

可选的，所述超结器件为VDMOS器件。

可选的，所述VDMOS器件为NMOS器件；所述第一掺杂阱区为P阱区，所述第二掺杂阱区为N阱区，所述第一掺杂立柱为P型立柱，所述所述第二掺杂立柱为N型立柱，所述隔离区为N型掺杂区。