[发明专利]改善反向恢复特性及雪崩能力的超结MOS器件及其制造方法

说明书

本发明涉及一种改善反向恢复特性及雪崩能力的超结MOS器件及其制造方法，其包括器件区域及终端区域，由第一导电类型柱区和第二导电类型柱区交替排列所构成的超结结构，并存在于器件区域和终端区域中。在器件区域设置有多个不相邻的第二导电类型体区，在终端区域设置有第二导电类型保护区；器件区域内任意一处第二导电类型体区与第一导电类型漂移区之间不直接相邻，被第二导电类型器件柱隔离；终端区域任意一处第二导电类型保护区与第一导电类型漂移区之间不直接相邻，被第二导电类型终端柱隔离。本发明在不增加工艺难度和制造成本的前提下，改善了器件反向恢复特性和雪崩能力。

技术领域

本发明涉及一种超结MOS器件及其制造方法，尤其是一种改善反向恢复特性及雪崩能力的超结MOS器件及其制造方法，属于半导体MOS器件的技术领域。

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。在超结功MOS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MOS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VDMOS器件，超结MOS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MOS，如平面型双扩散MOS（PlanarVDMOS）大了许多，导致当超结MOS器件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柱状结构的快速耗尽，会使得MOS器件的关断dv/dt 增大，反向恢复硬度高。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。

为解决超结MOS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MOS器件中集成肖特基二极管，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。

公开号为CN203456470U的文件公开了一种增加第一缓冲层及第二缓冲层的MOS器件，虽然通过增加第一缓冲层和第二缓冲层来改善超结MOSFET体二极管反向恢复特性，但由于该第一缓冲层和第二缓冲层需要增加额外的工艺步骤实现，大幅提高了器件的工艺成本。

同时，超结MOS由于芯片面积小，相同电流规格的芯片面积仅为普通VDMOS的一半甚至更小，芯片的雪崩耐量相对较弱，在带有感性负载的应用中，容易造成器件失效。

由此可见，一种能通过优化器件结构，改善超结MOS体二极管反向恢复特性及雪崩能力，并且其制造工艺与现有超结MOS制造工艺相兼容的新型超结MOS器件是非常必要的。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种改善反向恢复特性及雪崩能力的超结MOS器件及其制造方法，其结构紧凑，工艺简单，与现有超结MOS制造工艺相兼容，有效改善反向恢复特性，提高器件的雪崩能力，适合批量生产，提高适应范围，安全可靠。