[实用新型]一种超级结MOSFET

说明书

技术领域

本实用新型属于基本电气元件领域，涉及半导体器件的制备，特别涉及一种超级结MOSFET、该超级结MOSFET的结构。

背景技术

目前，高压功率MOSFET（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor，金属氧化物场效应晶体管）被广泛应用于大功率电路中。在开态情况下，它应具有较低的导通电阻；在关态情况下，它应具有较高的击穿电压。对于传统的功率VDMOSFET，一般通过增加外延厚度和降低外延掺杂浓度的方式来提高击穿电压。但是随着击穿电压的提高，外延层电阻迅速增大。研究表明，对于理想N沟功率MOSFET，导通电阻与击穿电压之间存在Ron∝V_B^2.5的关系。导通电阻与击穿电压之间的矛盾，即既要有高的击穿电压又要有低的导通电阻，成为制造高性能功率器件的障碍。

为了克服传统功率MOSFET导通电阻与击穿电压之间的矛盾，出现了一种新的理想器件结构，称为超级结MOSFET器件，在这种超级结的结构中，由于包含n型掺杂的n型柱和包含p型掺杂的p型柱中的电荷相互平衡，使电场分布与传统功率MOSFET不同，漂移区的临界场强几乎为恒定值，因此，击穿电压仅仅取决于外延层的厚度，而与掺杂浓度无关，外延层厚度越大，器件的击穿电压越大。另外，超级结MOSFET器件中漂移区的浓度也可以做得较高，这保证了较低的导通电阻。

超级结基于电荷补偿原理，是多子导电的器件，消除了IGBT 关断时的拖尾延迟，把功率MOSFET的低开关损耗和IGBT 的低导通损耗结合在一起，实现了器件导通电阻与击穿电压之间的最佳化设计，利用超级结的MOSFET能提供高电压及大电流。有研究表明，超级结MOSFET的导通电阻与击穿电压的关系为Ron∝V_B^1.32，这是对传统导通电阻与击穿电压之间关系的一个突破。

超级结MOSFET要求P型柱与N型柱比例均衡，使P型柱与N型柱在承受反压时彼此相互耗尽。由于挖深槽工艺条件的制约，深槽的版图图形的长宽比要求大于10，使得绘制条形版图存在一定的限制。在图1中，拐角处深槽圆弧与深槽直条相汇附近的P型柱与N型柱难以平衡，会成为耐压的薄弱点。在图2中，P型柱与N型柱是处处平衡的，但其上边与左边的终端区域由外向元胞区里是不一样的，这两边的电场分布也是不一样的，由此也会产生耐压的一点差别。在器件应用于感性负载情况下，其关断时的高压大电流可能大部分只从左右两边(或上下两边)流走，这种能量泄放对芯片是不利的，容易造成局部过热而损坏芯片。

发明内容

本实用新型旨在至少解决现有技术中存在的技术问题，特别创新地提出了一种超级结MOSFET、该超级结MOSFET的结构。

为了实现本实用新型的上述目的，根据本实用新型的第一个方面，本实用新型提供了一种超级结MOSFET结构，其包括元胞区和终端区，所述终端区包围所述元胞区，所述元胞区内和终端区内分别形成有间距相等的直条型沟槽，所述沟槽内形成有第一导电类型的第一外延层，所述沟槽之间为第二导电类型的第二外延层，所述终端区各边的沟槽沿从外向里的方向的排布方式一致，所述第一导电类型为n型掺杂，所述第二导电类型为p型掺杂。

进一步，所述终端区各边的沟槽沿从外向里的方向排布，且所述排布方向与从外向里的方向垂直。

进一步，所述终端区各边的沟槽沿从外向里的方向排布，且所述排布方向与从外向里的方向平行。

进一步，在所述横向沟槽与纵向沟槽交汇处，横向沟槽与纵向沟槽的间距是两个同方向沟槽间距的一半。

进一步，在所述元胞区和终端区的单位面积内，所述沟槽占据的面积比例相同。

进一步，在所述元胞区和终端区的单位面积内，所述沟槽占据的面积比例相同为1:4-1:2。

本实用新型的超级结MOSFET结构沿从终端区向元胞区的方向上，终端区各边的沟槽的排布方式一致，即终端区各边的沟槽都沿从外向里的方向排布，且排布方向与从外向里的方向垂直，或排布方向与从外向里的方向平行。终端区各边的沟槽排布方式一致，使该超级结MOSFET结构在高压大电流下泄放在各边的电流是均匀的，泄流通道大，泄流能力强。