[实用新型]一种超结MOSFET器件

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种半导体器件，尤其是一种具有超结结构的半导体器件。

背景技术

在中高压功率半导体器件领域，超结结构（Super Junction）已经被广泛采用。如图1所示，在功率MOSFET的漂移区内，N柱与P柱交替邻接设置而成的多个P-N柱对形成超结结构。当具有超结结构的MOSFET器件截止时，超结结构中的N柱和P柱分别被耗尽，耗尽层从每个N柱与P柱间的P-N结界面延伸，由于N柱内的杂质量和P柱内的杂质量相等，因此耗尽层延伸并且完全耗尽N柱与P柱，从而支持器件耐压。对比传统功率MOSFET器件，超结MOSFET器件可以获得更加优异的器件耐压与导通电阻的折中关系。然而，普通的超结器件的一个缺点就是它的寄生体二极管的反向恢复特性比较差，超结结构的P-N柱状结构是用来获得电荷平衡的，这给超结器件的寄生体二极管带来两个后果：一是P-N结的面积对比传统不带超结结构的功率MOSFET，如平面型双扩散MOSFET（Planar DMOS）大了许多，导致超结器件当应用于需要反向续流二极管的一些拓扑电路的情况时，如半桥（例如HID半桥或LLC）和全桥（例如ZVS桥），寄生体二极管在导通后，较大载流子注入使得反向恢复电荷Qrr和反向恢复峰值电流Irrm升高；二是由于P-N结柱的快速耗尽使得器件的dv/dt增大，导致寄生的NPN晶体管开通或是很快恢复过来。这些缺点，使得普通的超结器件在硬开关应用时由于较高的反向恢复峰值电流Irrm和dv/dt非常容易损坏。

以HID半桥应用为例，图2是一款典型的半桥电路，图2中T1、T2和T3是普通的超结MOSFET器件，D1、D2、D3、D4、D5、D6、D7、D8及D9为二极管，其中二极管D6、D7、D8及D9构成整流桥；L1、L2、L3及L4为电感，C1、C2、C3、C4、C5及C6为电容，电容C1两端并联有电源Vdd，超结MOSFET器件T1的栅极端与控制器20相连，所述控制器20采用LG562，21为负载，负载21的两端分别与电容C3、C4及电感L3相连，22为变压器。由于普通的超结MOSFET器件T2和T3的反向恢复特性较差，因此，在T2、T3上又分别并联了二极管D4、D5，这样虽然可以在一定程度上解决T2、T3容易因为过高Irrm和dv/dt而失效的问题，但是，由于电路当中增加了额外的器件，所以整个电路的功耗也会增加，T2、T3的功效也会降低，这种情况在现今不断追求节能降耗的发展方向下，不是一种好的选择。

为解决超结MOSFET器件体二极管反向恢复特性问题，目前有三种方式被提出或采用：1、使用电子辐照在漂移层中制造缺陷，减小反向恢复过程中载流子寿命，降低反向恢复电荷，但这种方法会带来器件漏电增加，并且辐照产生的缺陷会在高温和长期工作后恢复，影响器件可靠性；2、使用重金属掺杂，在器件漂移层中形成复合中心，减小反向恢复过程中载流子寿命，这种方式制造工艺特殊，工艺成本高，器件漏电特性也会变差；3、在超结MOSFET器件中并联肖特基二极管，以改善器件体二极管反向恢复特性，这种方式除制造工艺特殊外，器件漏电更是无法控制，目前几乎没有被应用与实际产品中。

由此可见，一种能通过优化器件结构达到改善超结MOSFET体二极管特性要求的超结MOSFET器件是非常必要的。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术中存在的不足，提供一种具有更优化的体二极管反向恢复特性的超结MOSFET器件。

本实用新型的技术方案如下：

按照本实用新型所提供的技术方案，一种超结MOSFET器件，在所述超结MOSFET器件的截面上，半导体基板具有相对应的第一主面与第二主面，所述半导体基板由相邻第一主面的第一导电类型漂移层和相邻第二主面的第二导电类型衬底组成；第一导电类型漂移层内包括多对具有第一导电类型的第一柱和具有第二导电类型的第二柱；所述第一柱与第二柱沿着电流流通方向在半导体基板的第一导电类型漂移层内延伸；在垂直电流流通的方向上，由所述第一柱和第二柱构成的多对PN柱交替设置，在半导体基板内形成超结结构；