[发明专利]一种Super Junction VDMOS器件

说明书

技术领域

本发明属于电子技术领域，涉及功率半导体器件，具体涉及一种Super Junction VDMOS器件。 

背景技术

Super Junction VDMOS是一种发展迅速、应用广泛的新型功率半导体器件。它是在普通垂直双扩散金属氧化物半导体(VDMOS)的基础上，通过引入SJ(Super Junction)结构，除了具备VDMOS输入阻抗高、开关速度快、工作频率高、电压控制、热稳定性好、驱动电路简单、易于集成等特点外，还克服了VDMOS的导通电阻随着击穿电压成2.5次方关系增加的缺点。目前Super Junction VDMOS已广泛应用于面向个人电脑、笔记本电脑、上网本或手机、照明(高压气体放电灯)产品以及电视机(液晶或等离子电视机)和游戏机等消费电子产品的电源或适配器。 

1988年，飞利浦公司的D.J.Coe申请美国专利(David J.Coe，High voltage semiconductor device[P].US Patent 4,754,310.1988.)，第一次给出了在横向高压MOSFET(LD MOSFET)中用交替的pn结结构代替传统功率器件中低掺杂漂移层作为电压支持层(耐压层)的方法。1993年，电子科技大学的陈星弼教授申请的美国专利(Xingbi Chen，Semiconductor power devices with alternating conductivity type high-voltage breakdown regions[P].US Patent 5,216,275.1993.)，提出了在纵向功率器件(尤其是纵向MOSFET)中用多个pn结结构作为漂移层的思想，并把这种结构称之为“复合缓冲层”(Composite Buffer Layer)。1995年，西门子公司的J.Tihanyi申请的美国专利(Tihanyi J.Power MOSFET[P].US Patent 5,438,215.1995.)，提出了类似的思路和应用。1997年Tatsuhiko等人在对上述概念的总结下，提出了“超结理论”。结合该理论，1998年Infineon公司首次推出了Super Junction VDMOS，也称为“CoolMOS^TM”，其基本结构如图1所示。其最初的P柱区3是采用多次外延和多次离子注入的方式实现的。“CoolMOS^TM”显著地降低了导通电阻，但在该结构内存在一个体二极管，它由P⁺区、N外延层和N⁺衬底构成。当该体二极管处于导通状态时，大量过剩载流子贮存在电压支持层中，使“CoolMOS^TM”具有很大的反向恢复电荷Q_rr，而且由于横向pn结的存在会使这些载流子迅速排出，这使得“CoolMOS^TM”具有较差的反向恢复特性。 

文献Xu CHENG，Xing-Ming LIU，Johnny K.O.SIN，Bao-Wei KANG，Improving the  CoolMOS^TM Body-Diode Switching Performance with Integrated Schottky Contacts，ISPSD 2003提供了一种带有肖特基接触结构的平面栅Super Junction VDMOS，如图2所示，在栅下的N型区4表面做成肖特基接触结构11。在体二极管开启时，一部分电流将由流过肖特基接触结构的多数载流子提供，这种带有肖特基接触结构的平面栅Super Junction VDMOS器件明显消除了器件中过剩载流子存储效应的作用，从而有效地改善了器件的反向恢复特性。在阻挡状态时，漏源之间存在一个高压，使得P区、N区完全耗尽成为电压支持层。在N区中电场存在一个来自临近P区的很强的横向分量，而它带来的二维效应降低了肖特基接触结构下的电场密度，这就是所谓的“JFET效应”或者叫“夹断效应”，从而克服了肖特基接触结构11击穿电压低的问题。但是，由于肖特基接触结构11的引入，使器件泄漏电流增加，而且由于肖特基接触改变了原来的栅结构，使得原先正栅偏压时在N区外延层表面处形成的多子积累层不复存在，使得器件导通电阻增加。要改善这些缺点需要更好的工艺线宽，增加了器件的制造成本。 

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有较好反向恢复特性的Super Junction VDMOS器件，且对工艺线宽的要求较低。