本發(fā)明涉及半導(dǎo)體領(lǐng)域，尤其涉及一種超結(jié)器件。

背景技術(shù)：

在功率半導(dǎo)體領(lǐng)域內(nèi)，以垂直雙擴(kuò)散工藝形成的縱向金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor，MOSFET)稱為VDMOSFET，簡(jiǎn)稱VDMOS。如圖1所示，VDMOS的耐壓層由輕摻雜的外延漂移區(qū)組成，電場(chǎng)近似為梯形分布，電場(chǎng)所包圍的面積為擊穿電壓(BV)。提高BV需要增加漂移區(qū)厚度以及減小的漂移區(qū)摻雜濃度，會(huì)導(dǎo)致導(dǎo)通電阻Ron變大，大大增加了功耗。BV與Ron存在制約關(guān)系，被稱為硅極限。至從1980年VDMOS被發(fā)明以來，很多人都研究如何突破硅極限，一種是提出用寬禁帶半導(dǎo)體來代替硅材料，另一種是對(duì)硅基VDMOS結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)優(yōu)化，其中最為成功的就是超結(jié)VDMOS，如圖2所示，超結(jié)VDMOS耐壓層由N柱P柱交替構(gòu)成，基于電荷補(bǔ)償原理，電場(chǎng)近似為矩形分布，使BV只依賴于漂移區(qū)厚度，而與其摻雜濃度無(wú)關(guān)。超結(jié)耐壓層的摻雜濃度可比VDMOS高一個(gè)數(shù)量級(jí)，同等BV的Ron可比傳統(tǒng)VDMOS小5-10倍，被譽(yù)為功率半導(dǎo)體器件發(fā)展史上里程碑式的結(jié)構(gòu)。

但是，超結(jié)結(jié)構(gòu)的引入大大增加了器件內(nèi)部的PN結(jié)面積，使得器件的反向恢復(fù)特性變差，下面詳細(xì)敘述超結(jié)器件反向恢復(fù)特性較差的原因。

功率VDMOS器件本身存在一個(gè)寄生的體二極管，當(dāng)在外圍電路應(yīng)用出現(xiàn)反向偏壓的情況，即源極(S端)接高電位，漏極(D端)接低電位，柵極(G端)接零電位時(shí)，這個(gè)寄生的二極管就會(huì)開始工作，通常把這種工作模式稱為VDMOS的反向?qū)顟B(tài)，其工作機(jī)理如圖3所示，P-body/N-漂移區(qū)的電勢(shì)差大于0.7V時(shí)，P-body向漂移區(qū)中發(fā)射空穴，此時(shí)襯底接低電位，空穴在電場(chǎng)作用下流向漏極。為了保持漂移區(qū)中的電中性，與此同時(shí)N+襯底也開始向漂移區(qū)中發(fā)射電子，空穴和電子在漂移區(qū)發(fā)生電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)，使得漂移區(qū)中的電阻迅速下降，也即反向?qū)▔航岛艿?。這種工作模式與VDMOS在正向?qū)〞r(shí)由本質(zhì)區(qū)別，由于既有空穴參與導(dǎo)電，又有電子參與導(dǎo)電，故將VDMOS反向?qū)ǚQ為雙極導(dǎo)電模式。同理圖4給出了超結(jié)VDMOS的方向?qū)姾煞植际疽鈭D。其反向?qū)妼?dǎo)機(jī)理與傳統(tǒng)的VDMOS沒有本質(zhì)區(qū)別，也即相當(dāng)于體內(nèi)反并聯(lián)一個(gè)二極管，但對(duì)NMOS器件，由于超結(jié)P柱的引入，在發(fā)生空穴注入時(shí)，發(fā)射效率會(huì)有所增強(qiáng)，也就是說超結(jié)器件反向?qū)〞r(shí)注入到N-Pillar即N柱區(qū)的空穴遠(yuǎn)多于傳統(tǒng)VDMOS注入到N-漂移區(qū)的空穴。

VDMOS反向恢復(fù)過程實(shí)質(zhì)是體二極管的關(guān)斷過程，當(dāng)二極管從反向?qū)顟B(tài)向反向截止?fàn)顟B(tài)過渡時(shí)，需要首先釋放存儲(chǔ)在漂移區(qū)中的剩余載流子，這個(gè)過程需要一段時(shí)間稱為放電時(shí)間也即反向恢復(fù)時(shí)間，在此期間電流反向流過二極管，如圖5所示，空穴在漏極高壓電場(chǎng)作用下，被排斥到P阱區(qū)，最后從源極處流出，電子在漏極高壓電場(chǎng)作用下，被吸引到N+襯底，最后從漏極流出，這個(gè)過程直到漂移區(qū)中的空穴被抽取完全為止。

由于超結(jié)VDMOS反向?qū)〞r(shí)注入器件超結(jié)N柱中的空穴電子對(duì)遠(yuǎn)多于傳統(tǒng)VDMOS，所以如圖6所示，超結(jié)VDMOS在抽取過剩載流子的過程中會(huì)損耗更多能量，同時(shí)恢復(fù)時(shí)間也會(huì)降低。

也就是說，現(xiàn)有技術(shù)中的超結(jié)VDMOS，存在器件反向恢復(fù)耗時(shí)長(zhǎng)的技術(shù)問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明通過提供一種超結(jié)器件，解決了現(xiàn)有技術(shù)中的超結(jié)VDMOS，存在的器件反向恢復(fù)耗時(shí)長(zhǎng)的技術(shù)問題。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了如下技術(shù)方案：

一種超結(jié)器件，包括：

外延層，所述外延層中有超結(jié)結(jié)構(gòu)，所述超結(jié)結(jié)構(gòu)為交替設(shè)置的多根第一摻雜立柱和多根第二摻雜立柱，其中，所述第一摻雜立柱與所述第二摻雜立柱的摻雜類型不相同；

多個(gè)表面結(jié)構(gòu)，所述表面結(jié)構(gòu)包括：第一摻雜阱區(qū)和設(shè)置在所述第一摻雜阱區(qū)內(nèi)的第二摻雜阱區(qū)，所述第一摻雜阱區(qū)與所述第二摻雜阱區(qū)的摻雜類型不相同；

隔離區(qū)，設(shè)置在所述超結(jié)結(jié)構(gòu)的第一摻雜立柱與所述第一摻雜阱區(qū)之間，其中，所述第一摻雜立柱與所述第一摻雜阱區(qū)的摻雜類型相同，所述隔離區(qū)與所述第二摻雜立柱的摻雜類型相同。

可選的，所述超結(jié)器件為VDMOS器件。

可選的，所述VDMOS器件為NMOS器件；所述第一摻雜阱區(qū)為P阱區(qū)，所述第二摻雜阱區(qū)為N阱區(qū)，所述第一摻雜立柱為P型立柱，所述所述第二摻雜立柱為N型立柱，所述隔離區(qū)為N型摻雜區(qū)。

可選的，所述VDMOS器件為PMOS器件；所述第一摻雜阱區(qū)為N阱區(qū)，所述第二摻雜阱區(qū)為P阱區(qū)，所述第一摻雜立柱為N型立柱，所述所述第二摻雜立柱為P型立柱，所述隔離區(qū)為P型摻雜區(qū)。

可選的，所述超結(jié)器件為IGBT器件。

可選的，所述器件還包括：襯底，所述外延層外延生長(zhǎng)在所述襯底上。

可選的，當(dāng)所述器件為IGBT器件時(shí)，所述襯底包括：連接的N型襯底和P型襯底。

本申請(qǐng)實(shí)施例中提供的一個(gè)或多個(gè)技術(shù)方案，至少具有如下技術(shù)效果或優(yōu)點(diǎn)：

本申請(qǐng)實(shí)施例提供的超結(jié)器件，在超結(jié)結(jié)構(gòu)的第一摻雜立柱與第一摻雜阱區(qū)之間設(shè)置隔離區(qū)，從而起到隔離的作用，使超結(jié)器件反向?qū)〞r(shí)，不會(huì)有空穴或電子從所述第一摻雜阱區(qū)注入到所述第二摻雜立柱。該方法可以大大減少超結(jié)器件的反向恢復(fù)電荷Qrr，進(jìn)而提高器件的反向恢復(fù)特性。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)提供的附圖獲得其他的附圖。

圖1為背景技術(shù)中VDMOS的結(jié)構(gòu)和電場(chǎng)示意圖；

圖2為背景技術(shù)中超結(jié)VDMOS的結(jié)構(gòu)和電場(chǎng)示意圖；

圖3為背景技術(shù)中VDMOS反向?qū)〞r(shí)電荷分布示意圖；

圖4為背景技術(shù)中超結(jié)VDMOS反向?qū)〞r(shí)電荷分布示意圖；

圖5為背景技術(shù)中VDMOS反向恢復(fù)時(shí)電荷分布示意圖；

圖6為對(duì)背景技術(shù)中超結(jié)VDMOS反向恢復(fù)時(shí)電荷分布示意圖；

圖7為本申請(qǐng)實(shí)施例中超結(jié)器件的結(jié)構(gòu)示意圖一；

圖8為本申請(qǐng)實(shí)施例中超結(jié)器件的結(jié)構(gòu)示意圖二。

具體實(shí)施方式

本申請(qǐng)實(shí)施例通過提供一種超結(jié)器件，解決了現(xiàn)有技術(shù)中的超結(jié)VDMOS，存在的器件反向恢復(fù)耗時(shí)長(zhǎng)的技術(shù)問題。實(shí)現(xiàn)了大大減少超結(jié)器件的反向恢復(fù)電荷Qrr，進(jìn)而提高器件的反向恢復(fù)特性的技術(shù)效果。

為解決上述技術(shù)問題，本申請(qǐng)實(shí)施例提供技術(shù)方案的總體思路如下：

本申請(qǐng)?zhí)峁┮环N超結(jié)器件，包括：

外延層，所述外延層中有超結(jié)結(jié)構(gòu)，所述超結(jié)結(jié)構(gòu)為交替設(shè)置的多根第一摻雜立柱和多根第二摻雜立柱，其中，所述第一摻雜立柱與所述第二摻雜立柱的摻雜類型不相同；

多個(gè)表面結(jié)構(gòu)，所述表面結(jié)構(gòu)包括：第一摻雜阱區(qū)和設(shè)置在所述第一摻雜阱區(qū)內(nèi)的第二摻雜阱區(qū)，所述第一摻雜阱區(qū)與所述第二摻雜阱區(qū)的摻雜類型不相同；

隔離區(qū)，設(shè)置在所述超結(jié)結(jié)構(gòu)的第一摻雜立柱與所述第一摻雜阱區(qū)之間，其中，所述第一摻雜立柱與所述第一摻雜阱區(qū)的摻雜類型相同，所述隔離區(qū)與所述第二摻雜立柱的摻雜類型相同。

本申請(qǐng)實(shí)施例提供的超結(jié)器件，在超結(jié)結(jié)構(gòu)的第一摻雜立柱與第一摻雜阱區(qū)之間設(shè)置隔離區(qū)，從而起到隔離的作用，使超結(jié)器件反向?qū)〞r(shí)，不會(huì)有空穴或電子從第一摻雜阱區(qū)注入到第二摻雜立柱。該方法可以大大減少超結(jié)器件的反向恢復(fù)電荷Qrr，進(jìn)而提高器件的反向恢復(fù)特性。

為了更好的理解上述技術(shù)方案，下面將結(jié)合具體的實(shí)施方式對(duì)上述技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說明，應(yīng)當(dāng)理解本發(fā)明實(shí)施例以及實(shí)施例中的具體特征是對(duì)本申請(qǐng)技術(shù)方案的詳細(xì)的說明，而不是對(duì)本申請(qǐng)技術(shù)方案的限定，在不沖突的情況下，本申請(qǐng)實(shí)施例以及實(shí)施例中的技術(shù)特征可以相互組合。

在本實(shí)施例中，提供了一種超結(jié)器件，如圖7所示，所述器件包括：

外延層1，所述外延層1中有超結(jié)結(jié)構(gòu)2，所述超結(jié)結(jié)構(gòu)2為交替設(shè)置的多根第一摻雜立柱21和多根第二摻雜立柱22，其中，所述第一摻雜立柱21與所述第二摻雜立柱22的摻雜類型不相同；

多個(gè)表面結(jié)構(gòu)，所述表面結(jié)構(gòu)包括：第一摻雜阱區(qū)3和設(shè)置在所述第一摻雜阱區(qū)3內(nèi)的第二摻雜阱區(qū)4，所述第一摻雜阱區(qū)3與所述第二摻雜阱區(qū)4的摻雜類型不相同；

隔離區(qū)5，設(shè)置在所述超結(jié)結(jié)構(gòu)2的第一摻雜立柱21與所述第一摻雜阱區(qū)3之間，其中，所述第一摻雜立柱21與所述第一摻雜阱區(qū)3的摻雜類型相同，所述隔離區(qū)5與所述第二摻雜立柱22的摻雜類型相同。

在具體實(shí)施過程中，所述外延層1可以是N型外延層，也可以是P型外延層，在本實(shí)施例中不作限制。

在本申請(qǐng)實(shí)施例中，所述超結(jié)器件可以是VDMOS器件、超結(jié)二極管或超結(jié)IGBT器件，在此不作限制。

下面結(jié)合圖7和圖8來介紹所述超結(jié)器件的具體結(jié)構(gòu)。

以所述超結(jié)器件為超結(jié)VDMOS器件為例。

當(dāng)所述VDMOS器件為NMOS器件時(shí)，如圖7所示，所述第一摻雜阱區(qū)3為P阱區(qū)，所述第二摻雜阱區(qū)4為N阱區(qū)，所述第一摻雜立柱21為P型立柱，所述第二摻雜立柱22為N型立柱，所述隔離區(qū)5為N型摻雜區(qū)。

具體來講，在超結(jié)的P柱(P-Pillar)和P-body區(qū)之間設(shè)置N型的隔離區(qū)，從而使器件在反向?qū)〞r(shí)P柱區(qū)不會(huì)向N柱區(qū)注入空穴，即減少了超結(jié)器件的反向恢復(fù)電荷Qrr，進(jìn)而使器件的反向恢復(fù)功耗降低，反向恢復(fù)時(shí)間降低，即提高了器件的反向恢復(fù)能力。在具體實(shí)施過程中，所述N型的隔離區(qū)的摻雜濃度可以與所述第二摻雜立柱相同或不同，在此不作限制。

當(dāng)所述VDMOS器件為PMOS器件時(shí)，所述第一摻雜阱區(qū)為N阱區(qū)，所述第二摻雜阱區(qū)為P阱區(qū)，所述第一摻雜立柱為N型立柱，所述第二摻雜立柱為P型立柱，所述隔離區(qū)5為P型摻雜區(qū)。

具體來講，與前述NMOS的原理相同，在超結(jié)的N柱(N-Pillar)和N-body區(qū)之間設(shè)置P型的隔離區(qū)，從而使器件在反向?qū)〞r(shí)N柱區(qū)不會(huì)向P柱區(qū)注入電子，即減少了超結(jié)器件的反向恢復(fù)電荷Qrr，進(jìn)而使器件的反向恢復(fù)功耗降低，反向恢復(fù)時(shí)間降低，即提高了器件的反向恢復(fù)能力。在具體實(shí)施過程中，所述P型的隔離區(qū)的摻雜濃度可以與所述第二摻雜立柱相同或不同，在此不作限制。

如圖7所示，所述超結(jié)VDMOS器件還包括：襯底6，所述外延層外延生長(zhǎng)在所述襯底6上。

再以所述超結(jié)器件為超結(jié)IGBT器件為例。

如圖8所示，本申請(qǐng)?zhí)峁┑某Y(jié)IGBT器件的結(jié)構(gòu)、摻雜及原理與本申請(qǐng)之前提供的超結(jié)VDMOS器件相似，當(dāng)所述器件為IGBT器件時(shí)，所述襯底6如圖8所示包括：連接的N型襯底和P型襯底。

當(dāng)然，在具體實(shí)施過程中，所述超結(jié)器件不限于上述超結(jié)VDMOS器件和超結(jié)IGBT器件，還可以是超結(jié)二極管器件，其超結(jié)結(jié)構(gòu)改進(jìn)原理與前述超結(jié)VDMOS器件和超結(jié)IGBT器件相似，為了說明書的簡(jiǎn)潔，在此不再累述。

具體來講，本申請(qǐng)?zhí)峁┑某Y(jié)器件，通過設(shè)置隔離區(qū)5來隔離超結(jié)結(jié)構(gòu)與摻雜阱區(qū)，使得超結(jié)結(jié)構(gòu)與摻雜阱區(qū)斷開，來達(dá)到反向?qū)〞r(shí)減少空穴或電子注入的目的，使超結(jié)器件反向?qū)〞r(shí)，不會(huì)有空穴從P柱區(qū)注入到N柱區(qū)(N-Pillar)，或不會(huì)有電子從N柱區(qū)注入到P柱區(qū)(P-Pillar)，可以大大減少超結(jié)器件的反向恢復(fù)電荷Qrr，進(jìn)而提高器件的反向恢復(fù)特性。

上述本申請(qǐng)實(shí)施例中的技術(shù)方案，至少具有如下的技術(shù)效果或優(yōu)點(diǎn)：

本申請(qǐng)實(shí)施例提供的超結(jié)器件，在超結(jié)結(jié)構(gòu)的第一摻雜立柱與第一摻雜阱區(qū)之間設(shè)置隔離區(qū)，從而起到隔離的作用，使超結(jié)器件反向?qū)〞r(shí)，不會(huì)有空穴或電子從第一摻雜阱區(qū)注入到第二摻雜立柱。該方法可以大大減少超結(jié)器件的反向恢復(fù)電荷Qrr，進(jìn)而提高器件的反向恢復(fù)特性。

顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行各種改動(dòng)和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動(dòng)和變型在內(nèi)。