[发明专利]一种槽栅超结器件

说明书

本发明设计功率半导体技术，特别涉及一种槽栅DMOS器件。本发明的特征在于：基于传统槽栅超结器件结构，在第一导电类型半导体柱区中引入采用窄禁带第一导电类型半导体区，并在窄禁带第一导电类型半导体区中靠近第二导电类型半导体柱区的侧面引入宽禁带第一导电类型半导体区，通过上述措施，能够有效改变槽栅超结器件发生雪崩击穿时的雪崩击穿电流路径，使雪崩击穿电流远离重掺杂第一导电类型半导体源区下方的第二导电类型半导体体区，从而有效避免寄生BJT的开启，提高槽栅超结器件在非箝位电感负载应用中的可靠性(即抗UIS失效能力)。

技术领域

本发明涉及功率半导体技术，特别涉及一种槽栅超结器件。

背景技术

功率MOSFET因其开关速度快、损耗小、输入阻抗高、驱动功率小、频率特性好等优点，在功率变换领域起到重要作用。不断提高的系统性能要求功率MOSFET在具有更低功率损耗的同时，在高电应力下也应具有更高的可靠性。当系统回路中存在非箝位电感负载时，导通状态下存储在电感中的能量会在关断时全部由MOSFET释放，高电压和大电流将同时施加在功率MOSFET上，极易造成器件失效。因此，非箝位感性负载下的开关过程(UnclampedInductive Switching，UIS)通常被认为是功率MOSFET在应用中所能面临的最极端的电应力情况。因此器件的抗UIS失效能力常被用于评定功率超结的可靠性，而UIS耐量是衡量功率超结的抗UIS失效能力的重要参数。

寄生BJT(Bipolar Junction Transistor，双极型晶体管)的开启是引起UIS失效的重要原因之一。UIS的失效通常被认为是器件“主动”模式，这是由于在源漏间的寄生BJT在UIS雪崩时的导通，导通后流过体内的大电流将使器件迅速升温，损坏器件。功率MOSFET的N+源区作为寄生BJT的发射区，N-漂移区构成寄生BJT的集电极区，而P-body区作为基区。当上述功率超结器件发生雪崩击穿时，雪崩电流经由N+源区下方的P-body区到达P+接触区，而雪崩电流流经寄生BJT的基区时，由于P-body区本身存在电阻必然会产生正向压降，当压降大于寄生BJT的正向导通压降时，寄生BJT的发射极正偏，进入正向放大工作区，放大雪崩电流，造成器件的热烧毁。

具有超结结构的VDMOS器件是近年来出现的一种重要的功率器件，它的基本原理是电荷平衡原理，通过在普通VDMOS的漂移区引入彼此间隔的P柱和N柱的超结结构，大大改善了普通VDMOS的导通电阻与击穿电压之间的折中关系，因此在功率器件的领域中得到广泛的使用。

目前，业内用以提高超结器件的抗UIS失效能力的方法主要是通过减小寄生BJT的基区电阻来抑制其开启。然而，这种方法并不能杜绝寄生BJT的开启，也就无法避免雪崩击穿所引起的器件UIS主动失效模式；另外，通过高能量的硼注入或深扩散来仅仅只能在一定限度上减小基区电阻，并不能无限降低寄生BJT的基区电阻，否则会增加器件的阈值电压。

发明内容

针对上述问题，本发明所要解决的问题是：提供一种能够有效防止寄生BJT开启，提高UIS耐量的槽栅超结器件。

本发明的构思具体如下：基于传统槽栅超结器件结构，在第一导电类型半导体柱区中引入采用窄禁带第一导电类型半导体区，并在窄禁带第一导电类型半导体区中靠近第二导电类型半导体柱区的侧面引入宽禁带第一导电类型半导体区，通过上述措施，能够有效改变槽栅超结器件发生雪崩击穿时的雪崩击穿电流路径，使雪崩击穿电流远离重掺杂第一导电类型半导体源区下方的第二导电类型半导体体区，从而有效避免寄生BJT的开启，提高槽栅超结器件在非箝位电感负载应用中的可靠性(即抗UIS失效能力)。

为实现上述发明目的，本发明技术方案如下：