CN102646711B - 一种具有p型埋层的超结纵向双扩散金属氧化物半导体管 - Google Patents
一种具有p型埋层的超结纵向双扩散金属氧化物半导体管 Download PDFInfo
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Abstract
一种具有P型埋层的超结纵向双扩散金属氧化物半导体管，包括：兼做漏区的N型掺杂硅衬底、N型掺杂硅外延层、超结结构，所述的N型掺杂硅外延层设在N型掺杂硅衬底上，超结结构设在N型硅掺杂半导体区上，所述的超结结构由相互间隔的P型柱和N型柱组成，在P型柱上有第一P型掺杂半导体区，且第一P型掺杂半导体区位于N型掺杂外延层内，在第一P型掺杂半导体区中设有第二P型重掺杂半导体接触区和N型重掺杂半导体源区，其特征在于，在N型柱表面有轻掺杂的P型埋层，且P型埋层在N型柱内。
Description
技术领域
本发明属于半导体功率器件技术领域，涉及快速开关的硅制高压功率器件，特别适用于硅制超结纵向双扩散金属氧化物场效应晶体管(SuperjunctionVDMOS，即超结VDMOS，一下均简写为超结VDMOS)，更具体的说，涉及一种可以快速开关、超低损耗的硅制超结VDMOS的结构。
背景技术
目前，功率器件在日常生活、生产等领域的应用越来越广泛，特别是功率金属氧化物半导体场效应晶体管，由于它们拥有较快的开关速度、较小的驱动电流、较宽的安全工作区，因此受到了众多研究者们的青睐。如今，功率器件正向着提高工作电压、增加工作电流、减小导通电阻、加快开关速度和集成化的方向发展。在众多的功率金属氧化物半导体场效应晶体管器件中，尤其是在纵向功率金属氧化物半导体场效应晶体管中，超结半导体功率器件的发明，它克服传统功率金属氧化物半导体场效应管导通电阻与击穿电压之间的矛盾，改变了传统功率器件依靠漂移层耐压的结构，而是采用了一种“超结结构”——P型、N型硅半导体材料在漂移区相互交替排列的形式。这种结构改善了击穿电压和导通电阻不易同时兼顾的情况，在截止态时，由于P型柱和N型柱中的耗尽区电场产生相互补偿效应，使P型柱和N型柱的掺杂浓度可以做得很高而不会引起器件击穿电压的下降。导通时，这种高浓度的掺杂器件的导通电阻明显降低。由于超结纵向双扩散金属氧化物半导体场效应管的这种独特器件结构，使它的电性能明显优于传统功率金属氧化物半导体场效应晶体管，因此这种技术被人们称为功率金属氧化物半导体场效应晶体管技术上的一个里程碑。
功率器件不仅在国防、航天、航空等尖端技术领域倍受青睐，在工业，民用家电等领域也同样为人们所重视。随着功率器件的日益发展，其可靠性也已经成为人们普遍关注的焦点。功率器件为电子设备提供所需形式的电源和电机设备提供驱动，几乎一切电子设备和电机设备都需用到功率器件，所以对器件可靠性的研究有着至关重要的意义。
发明内容
本发明提供了一种具有P型埋层的超结纵向双扩散金属氧化物半导体管，所涉及的结构能减小栅极和漏极之间的电容，加快器件的开关速度，减小器件开关过程的损耗。
本发明提供如下技术方案：
一种具有P型埋层的超结纵向双扩散金属氧化物半导体管，包括：兼做漏区的N型掺杂硅衬底、N型掺杂硅外延层、超结结构，所述的N型掺杂硅外延层设在N型掺杂硅衬底上，超结结构设在N型硅掺杂半导体区上，所述的超结结构由相互间隔的P型柱和N型柱组成，在P型柱上有第一P型掺杂半导体区，且第一P型掺杂半导体区位于N型掺杂外延层内，在第一P型掺杂半导体区中设有第二P型重掺杂半导体接触区和N型重掺杂半导体源区，在N型柱上设有栅氧化层，在栅氧化层上方设有多晶硅栅，在多晶硅栅上设有氧化层，在第二P型重掺杂半导体接触区和N型重掺杂半导体源区上连接有源极金属，在N型柱表面有轻掺杂的P型埋层，且P型埋层在N型柱内。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
1、本发明结构在传统的超结结构N型柱表面设有P型埋层，P型埋层位于栅极氧化层下方，所述的P型埋层能够减小超结纵向双扩散金属氧化物半导体管在漏极电压较低时的栅漏极电容，加快了器件的开关速度，减小了器件的开关损耗。
附图说明
图1是本发明内容所涉及的一种具有P型埋层的超结纵向双扩散金属氧化物半导体管的结构示意图。
图2是传统的超结纵向双扩散金属氧化物半导体管的结构示意图。
图3是本发明内容所涉及的一种具有P型埋层的超结纵向双扩散金属氧化物半导体管与传统超结纵向双扩散金属氧化物半导体管的栅漏极电容随漏极电压的变化曲线对比图。
具体实施方式
一种具有P型埋层的超结纵向双扩散金属氧化物半导体管，包括：兼做漏区的N型掺杂硅衬底1、N型掺杂硅外延层2、超结结构3，所述的N型掺杂硅外延层2设在N型掺杂硅衬底1上，超结结构3设在N型硅掺杂半导体区2上，所述的超结结构3由相互间隔的P型柱4和N型柱5组成，在P型柱上有第一P型掺杂半导体区6，且第一P型掺杂半导体区6位于N型掺杂外延层2内，在第一P型掺杂半导体区6中设有第二P型重掺杂半导体接触区13和N型重掺杂半导体源区12，在N型柱5上设有栅氧化层8，在栅氧化层8上方设有多晶硅栅9，在多晶硅栅9上设有氧化层10，在第二P型重掺杂半导体接触区13和N型重掺杂半导体源区12上连接有源极金属11，在N型柱表面有轻掺杂的P型埋层7，且P型埋层7在N型柱内。
P型埋层7的厚度和宽度可调节，取决于栅极与漏极之间电容的大小。P型埋层7的掺杂浓度可以调节，取决于击穿电压与栅极和漏极之间电容的大小，在本实施例中，P型埋层的厚度为1纳米～10微米，P型埋层的宽度为10纳米～50微米，P型埋层的掺杂浓度为1E3/cm3～1E25/cm3。
下面参照附图，对本发明的具体实施方式作出更详细的说明：
图3是本发明内容所涉及的一种具有P型埋层的超结纵向双扩散金属氧化物半导体管与传统超结纵向双扩散金属氧化物半导体管的栅漏极电容随漏端电压变化的曲线。图中横坐标为漏极电压大小，纵坐标为栅漏极电容大小，实线所示为本发明内容所涉及的一种具有P型埋层的超结纵向双扩散金属氧化物半导体管的栅漏极电容随漏端电压变化的曲线，虚线所示为传统超结纵向双扩散金属氧化物半导体管的栅漏极电容随漏端电压变化的曲线，本发明内容所涉及的一种具有P型埋层的超结纵向双扩散金属氧化物半导体管的栅漏极电容在漏端电压为零时的大小位于图3中A点，传统超结纵向双扩散金属氧化物半导体管的栅漏极电容在漏端电压为零时的大小位于图3中B点，可以从图中看出，A点值的大小大于B点值的大小，这就使得本发明内容所涉及的一种具有P型埋层的超结纵向双扩散金属氧化物半导体管的栅漏极电容的变化速度比传统超结纵向双扩散金属氧化物半导体管的栅漏极电容的变化速度快，因此本发明内容所涉及的一种具有P型埋层的超结纵向双扩散金属氧化物半导体管的损耗小于传统超结纵向双扩散金属氧化物半导体管的损耗。
Claims (4)
1.一种具有P型埋层的超结纵向双扩散金属氧化物半导体管，包括：兼做漏区的N型掺杂硅衬底(1)、N型掺杂硅外延层(2)、超结结构(3)，所述的N型掺杂硅外延层(2)设在N型掺杂硅衬底(1)上，超结结构(3)设在N型硅掺杂半导体区(2)上，所述的超结结构(3)由相互间隔的P型柱(4)和N型柱(5)组成，在P型柱上有第一P型掺杂半导体区(6)，且第一P型掺杂半导体区(6)位于N型掺杂外延层(2)内，在第一P型掺杂半导体区(6)中设有第二P型重掺杂半导体接触区(13)和N型重掺杂半导体源区(12)，在N型柱(5)上设有栅氧化层(8)，在栅氧化层(8)上方设有多晶硅栅(9)，在多晶硅栅(9)上设有氧化层(10)，在第二P型重掺杂半导体接触区(13)和N型重掺杂半导体源区(12)上连接有源极金属(11)，其特征在于，在N型柱表面有轻掺杂的P型埋层(7)，且P型埋层(7)在N型柱内，P型埋层位于栅氧化层下方。
2.根据权利要求1所述的具有P型埋层的超结纵向双扩散金属氧化物半导体管，其特征在于，P型埋层(7)的厚度为1纳米～10微米。
3.根据权利要求1所述的具有P型埋层的超结纵向双扩散金属氧化物半导体管，其特征在于，P型埋层(7)的宽度为10纳米～50微米。
4.根据权利要求1所述的具有P型埋层的超结纵向双扩散金属氧化物半导体管，其特征在于，P型埋层(7)的掺杂浓度为1E3/cm3～1E25/cm3。
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