CN101697356B - 一种调制导通电阻umos晶体管 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种调制导通电阻UMOS晶体管。包括漏区(201)、漂移区(202)、场氧化层(203)、多晶硅极板(204)、沟道区(205)、源电极(206)、栅氧化层(207)、栅电极(208)，多晶硅极板(204)与栅电极(208)连接。可以根据器件具体导通特性、击穿特性的要求来具体设定器件各区域尺寸。这种结构可在不牺牲器件耐压的前提下，同时兼顾降低漏-源导通电阻的要求。本发明与常规UMOS晶体管工艺兼容，具有很强的可实施性，更易满足功率电子系统的应用要求。

Description

一种调制导通电阻UMOS晶体管
(一)技术领域
本发明涉及的是一种电子元器件，具体地说是一种槽栅纵向金属氧化物半导体场效应晶体管(UMOSFET)，特别是一种调制导通电阻U MOS晶体管。
(二)背景技术
在功率电子领域中，功率MOSFET被广泛应用在开关器件结构中。为了让开关器件的功能得到良好的发挥，功率MOSFET需要满足两个要求：1、当器件处于导通状态，能拥有非常低的导通电阻，最小化器件本身的功率损耗；2、当器件处于关断状态，能拥有足够高的反向击穿电压。Yung C.Liang提出一种在低压范围内替代超结(Super Junction)的新型器件，称为侧氧调制(oxide-bypassed，缩写为OB)结构器件(Y.C.Liang，K.P.Gan and G S.Samudra：IEEE Electron Device Lett.22(2001)407)。OB结构将在超结中很难实现的杂质浓度匹配问题，转换为容易控制的氧化层厚度上。
OB的观念是在器件的垂直方向上，利用侧氧调制结构对器件漂移区的电场进行横向调制，令漂移区中的电场能够得到近似一致分布，因此击穿电压得到了较大的提高，并且漂移区的掺杂浓度可以增大，从而降低器件导通状态下的导通电阻。虽然随后，梯度侧氧调制(gradient oxide-bypassed，缩写为GOB)结构的提出，令器件漂移区场强分布更为平坦，但在60V以下的器件设计中，还是劣于OB器件。
图1给出了一种已有的OB UMOS晶体管的结构，包括漏区101、漂移区102、场氧化层103、与栅电极短接的多晶硅极板104、沟道区105、源电极106、栅氧化层107、栅电极108。
(三)发明内容
本发明的目的在于提供一种具有很强的可实施性，更易满足功率电子系统的应用要求的一种调制导通电阻UMOS晶体管。
本发明的调制导通电阻UMOS晶体管包括漏区(201)、漂移区(202)、场氧化层(203)、多晶硅极板(204)、沟道区(205)、源电极(206)、栅氧化层(207)、栅电极(208)，多晶硅极板(204)与栅电极(208)短接。
多晶硅极板(204)可以为单个长柱结构、阶梯型结构、下窄上宽得楔形结构，或者其它对UMOS漂移区电场调制效果明显的极板结构。
阶梯型结构相对单个长柱结构，场氧化层(203)在器件沟道区域更薄，因此在沟道区更容易产生反型层，积累更多电子载流子。下窄上宽得楔形结构在器件反向偏压下，能够将漂移区(202)中电场调整更为平坦化，因此在相同击穿电压时，此结构的导通电阻相对于单个长柱结构和阶梯型结构的多晶硅极板结构器件更低。
本发明的调制导通电阻UMOS晶体管通过将器件场板的电极与UMOS晶体管的栅电极短接，在不牺牲器件耐压的前提下，同时兼顾降低漏-源导通电阻的要求。本发明与常规UMOS晶体管工艺兼容，具有很强的可实施性，更易满足功率电子系统的应用要求。
本发明所述的调制导通电阻UMOS晶体管，可通过优化设计漂移区202的掺杂浓度及二维尺寸，场氧化层203的二维尺寸。与栅电极短接的多晶硅极板、场氧化层203、沟道区205、栅氧化层207、栅电极208等五部分区域构成双栅单沟道结构，并且在漂移区202与场氧化层203衔接处的电子载流子电流密度得到增大，迁移率得到提升，从而降低器件的导通电阻值。
(四)附图说明
图1是一种已有的OB UMOS晶体管结构示意图；
图2是本发明的调制导通电阻UMOS晶体管结构示意图；
图3是本发明的调制导通电阻UMOS晶体管与理想硅器件、超结器件、GOB器件、OB器件击穿电压与特征导通电阻的比较；
(五)具体实施方式
下面结合附图举例对本发明做更详细地描述：
参照图2，本发明的调制导通电阻UMOS晶体管。包括漏区201、漂移区202、场氧化层203、与栅电极208连接的多晶硅极板204、沟道区205、源电极206、栅氧化层207、栅电极208。场板的电极与UMOS晶体管的栅电极短接。根据器件具体导通特性、击穿特性的要求，确定图2中漂移区202的掺杂浓度及二维尺寸，场氧化层203的二维尺寸。
本发明的器件在反向关断时，侧氧调制结构对器件漂移区的电场分布进行了调制，令漂移区内部场强近似分布一致；在正向导通的情况下，多晶硅极板204、场氧化层203、沟道区205、源端206和漂移区202构成一新MOSFET结构，令沟道区205中的导通电流密度增大。且在漂移区202与场氧化层203衔接处形成电子积累层，电子载流子电流密度增大，并且漂移区中迁移率也相应得到提升，因而器件的正向导通电阻得到了降低。
上述为本发明特举之实施例，并非用以限定本发明。本发明提供的调制导通电阻UMOS晶体管结构同样适用于低高压二极管、VDMOS、IGBT、GTO、GCT等纵向功率半导体器件以及它们的变体。在不脱离本发明的实质和范围内，可做些许的调整和优化，本发明的保护范围以权利要求为准。

Claims (1)

1.一种调制导通电阻UMOS晶体管，包括漏区(201)、漂移区(202)、场氧化层(203)、多晶硅极板(204)、沟道区(205)、源电极(206)、栅氧化层(207)、栅电极(208)，其特征在于：多晶硅极板(204)与栅电极(208)短接，多晶硅极板(204)为下窄上宽的楔形结构。
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