CN102005478A - 集成肖特基整流器的栅增强功率mosfet器件 - Google Patents

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王颖
胡海帆
杨晓冬
焦文利
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Abstract

本发明提供的是一种集成肖特基整流器的栅增强功率MOSFET器件。包括由漂移区101、漏区102、场氧化层103、栅电极104、沟道区105和源电极106构成的晶体管。源电极106延伸到漂移区101、并与漂移区101形成肖特基接触。本发明可在不牺牲器件耐压的前提下，减少栅增强UMOS晶体管结构器件的反向恢复时间。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

集成肖特基整流器的栅增强功率MOSFET器件
技术领域
本发明涉及的是一种半导体器件。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(MOSFET)。
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：1、当器件处于导通状态，能拥有较低的导通电阻，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；3、当器件处于快速开关状态时，能够有较低的反向恢复电荷和关断延迟时间。当功率MOSFET的电力电子电路(如开关电源、变速驱动电路)工作时，大量电流流经功率MOSFET的寄生整流器。导通时在漂移区存储的电荷将会引起器件关断后额外的反向恢复电流。因此，寄生PN整流器的存在限制了器件的安全工作区、关断损耗以及开关速度。
由于在外部与功率MOSFET并联肖特基整流器引起的寄生电感严重地限制了其在高频功率转换领域的应用，故单片集成功率MOSFET与肖特基整流器引起人们的关注。肖特基整流器是多子器件，漂移区中多余电荷在关断过程中将迅速消失，这对于减少反向恢复电荷和关断延迟时间有利。
之前的研究(Ying Wang，Hai-fan Hu，Wen-Li Jiao and Chao Cheng，IEEE ElectronDevice Letters.2010，31(4)：338-340)提出一种栅增强型UMOS晶体管(gate enhanced，缩写为GE)结构器件，在低压范围内，相对斜侧氧调制(gradient oxide by-passed，缩写为GOB)结构器件拥有更低导通电阻。栅增强UMOS晶体管在反向关断时，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201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201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。
但栅增强UMOS晶体管结构器件在正向导通时，大量电流流经栅增强结构的体内寄生PN整流器，在漂移区中存储大量的的电荷，从而引起器件关断后产生额外的反向恢复电流。
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集成肖特基整流器的栅增强功率MOSFET器件。
本发明的目的是这样实现的：包括由漂移区101、漏区102、场氧化层103、栅电极104、沟道区105和源电极106构成的晶体管，源电极106延伸到漂移区101、并与漂移区101形成肖特基接触。
为了能降低栅增强UMOS晶体管结构器件的反向恢复时间，本发明提出了集成肖特基整流器的栅增强功率MOSFET器件。通过源电极106延伸到MOSFET的漂移区101，并与漂移区101形成肖特基接触，在不牺牲器件耐压的前提下，降低栅增强UMOS晶体管结构器件的反向恢复时间。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。
本发明所述的集成肖特基整流器的栅增强功率MOSFET器件，可通过优化设计漂移区101的掺杂浓度及二维尺寸，场氧化层103的二维尺寸。源电极106延伸至漂移区中，并与漂移区101形成肖特基接触。在结构上形成栅增强器件与肖特基整流器器件并联的形式，替代外部并联肖特基整流器，降低寄生电感，从而减少栅增强UMOS晶体管结构器件的反向恢复时间。
附图说明
图1是本发明的集成肖特基整流器的栅增强功率MOSFET器件100的结构示意图；
图2是已有的栅增强UMOS  晶体管200的结构示意图；
图3是本发明的集成肖特基整流器的栅增强功率MOSFET器件与栅增强UMOS晶体管器件击穿电压特性的比较；
图4是本发明的集成肖特基整流器的栅增强功率MOSFET器件与栅增强UMOS晶体管器件反向恢复特性的比较。
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：
结合图1，本发明的集成肖特基整流器的栅增强功率MOSFET器件包括漂移区101、漏区102、场氧化层103、栅电极104、沟道区105、源电极106。源电极106延伸到MOSFET的漂移区101，并与漂移区101形成肖特基接触。根据器件具体导通特性、击穿特性的要求，确定图1中漂移区101的掺杂浓度及二维尺寸，场氧化层103的二维尺寸。
参照图3，由本发明的集成肖特基整流器的栅增强功率MOSFET器件与栅增强UMOS晶体管器件击穿电压特性的比较可见，当器件处于关断态时，器件的栅电极104(208)和源电极106(206)都处于低电位(0V)，在相同的器件尺寸下，漂移区101与漂移区201中电场分布相当，因此两者的击穿电压基本相同。集成肖特基整流器的栅增强功率MOSFET器件中的源电极106延伸至器件的漂移区，且同漂移区形成肖特基接触，由于肖特基整流器的反向漏电流要大于PN整流器的反向漏电流，因此集成肖特基整流器的栅增强功率MOSFET器件的反向漏电流要大于栅增强UMOS晶体管结构器件的反向漏电流。
参照图4，由本发明的集成肖特基整流器的栅增强功率MOSFET器件与栅增强UMOS晶体管器件反向恢复特性的比较可见，相对于栅增强UMOS晶体管结构器件，集成肖特基整流器的栅增强功率MOSFET器件的反向恢复时间及反向电流较低。由于MOSFET器件在反向恢复过程中，体内肖特基整流器替代PN结整流器，而肖特基整流器是多子器件，漂移区101中多余电荷在关断过程中将迅速消失，集成肖特基整流器的栅增强功率MOSFET器件的反向恢复特性要明显优于栅增强UMOS晶体管结构器件。
上述为本发明特举之实施例，并非用以限定本发明。本发明提供的集成肖特基整流器的栅增强功率MOSFET器件结构同样适用于其它Trench DMOS、LDMOS等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)

1.一种集成肖特基整流器的栅增强功率MOSFET器件，包括由漂移区(101)、漏区(102)、场氧化层(103)、栅电极(104)、沟道区(105)和源电极(106)构成的晶体管，其特征是：源电极(106)延伸到漂移(101)、并与漂移区(101)形成肖特基接触。
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