CN111987167A - 一种具有源端肖特基接触的超结mosfet - Google Patents
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Abstract
本发明涉及功率半导体技术，特别涉及一种具有源端肖特基接触的超结MOSFET。本发明在P型基区表面引入肖特基接触，因此形成一个与体PN结二极管反串联的肖特基二极管。本发明器件的栅极为分离栅，分为两个不接触的部分，一部分为真实栅引出作为器件栅极，另一部分为虚拟栅与器件源极短接。在反向导通时，由于肖特基二极管处于反偏状态，因此体PN结二极管的导通被极大地抑制了。随着反向电压的升高，器件真实栅与虚拟栅下都形成电子沟道，从而使反向电流以电子电流形式流走，从而极大地减少了漂移区内空穴少子的数量。本发明的有益成果：反向导通时注入的电荷降低显著，从而反向恢复过程中的反向恢复电荷极大地降低，器件反向恢复特性得以改善。
Description
技术领域
本发明属于功率半导体技术领域，特别涉及一种具有低反向恢复电荷的超结MOSFET(金属-氧化物半导体场效应晶体管，Metal-Oxide-Semiconductor Field-EffectTransistor,简称MOSFET)。
背景技术
由于超结MOSFET引入了电荷平衡的超结结构，改善了击穿电压与比导通电阻的折中关系，打破了单极功率器件的硅极限，因此在500V-650V的功率开关领域处于统治地位。但同时带来体二极管的反向恢复电荷较大的问题。反向恢复电荷过大，不仅会增加了系统的功率损耗，并且会引起电磁干扰噪声，对应用系统造成不利影响。
发明内容
本发明的目的，就是针对上述问题，提出一种具有源端肖特基接触的低反向恢复电荷超结MOSFET。
本发明的技术方案：一种具有源端肖特基接触的超结MOSFET，其元胞包括漏极结构、耐压层结构、源极结构和栅极结构，其中耐压层结构位于漏极结构之上，源极结构和栅极结构位于耐压层结构之上；
所述漏极结构包括漏极金属1以及N+漏区2，所述N+漏区2的上表面与耐压层接触；所述漏极金属1的上表面与N+漏区2的下表面接触；所述漏极金属1引出端为漏极D；
所述耐压层结构包括N型漂移区5、第一P型漂移区3及第二P型漂移区4；所述N型漂移区5位于第一P型漂移区3与第二P型漂移区4之间；所述N型漂移区5、第一P型漂移区3与第二P型漂移区4构成超结结构；所述N型漂移区5、第一P型漂移区3与第二P型漂移区4的下表面与第一N+漏区2上表面接触；
所述源极结构包括第一P型阱区6、第一N+源区8、第二P型阱区7、第二N+源区9、第一源极金属10和第二源极金属11；所述第一P型阱区6位于第一P型漂移区3上表面，且第一P型阱区6沿器件横向方向延伸入N型漂移区5中；第一N+源区8位于第一P型阱区6上层，且第一N+源区8位于第一P型漂移区3与N型漂移区5连接处的上方；所述第二P型阱区7位于第二P型漂移区4上表面，且第二P型阱区7沿器件横向方向延伸入N型漂移区5中；第一N+源区8位于第二P型阱区7上层，且第一N+源区8位于第二P型漂移区4与N型漂移区5连接处的上方；所述第一源极金属10位于第一P型阱区6及部分第一N+源区8的上表面，所述第二源极金属11位于第二P型阱区7及部分第二N+源区9的上表面；所述第一源极金属10与第二源极金属11引出端为源极S；
所述栅极结构为平面栅，所述平面栅由绝缘介质12和位于绝缘介质12之中的第一导电材料13和第二导电材料14构成；所述绝缘介质12位于第一源极金属10与第二源极金属11之间的N型漂移区5、第一P型阱区6、第二P型阱区7、第一N+源区8、和第二N+源区9上表面；第一导电材料13位于靠近第一源极金属10的一侧，第一导电材料13和第二导电材料14之间具有间距，且第二导电材料14的横向宽度大于第一导电材料13的横向宽度，第一导电材料13的引出端为栅极G，第二导电材料14的引出端为源极S；
所述第一源极金属10与第一P型阱区6形成肖特基接触，所述第二源极金属11与第二P型阱区7形成肖特基接触。
本发明的有益效果为，本发明的具有源端肖特基接触的低反向恢复电荷超结MOSFET，极大地减小了反向恢复电荷，改善了反向恢复特性。
附图说明
图1是本发明的具有低反向恢复电荷的超结MOSFET示意图；
图2是本发明超结MOSFET等效电路图示意图；
图3是常规超结MOSFET示意图；
图4是常规超结MOSFET等效电路图示意图；
图5是本发明超结MOSFET与常规超结MOSFET反向恢复电流仿真对比图；
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行详细的描述
如图1所示，为本发明的具有源端肖特基接触的低反向恢复电荷超结MOSFET，等效电路图如图2所示。图3为常规的超结MOSFET，其等效电路图如图4所示。本发明的超结MOSFET与常规超结MOSFET体内都存在由第一P型阱区6/第二P型阱区7和N型漂移区5/N+漏区2组成的体二极管，但是在本发明的超结MOSFET中，在器件的源极端，第一源极金属10/第一P型阱区6以及第二源极金属11/第二P型阱区7形成的金属半导体接触均为肖特基接触，因此本发明的超结MOSFET体内存在与体二极管反串联的P型肖特基二极管。本发明超结MOSFET的栅极为分离栅结构，分为第一导电材料13与第二导电材料14部分，两部分互补不接触，第一导电材料13为器件真实栅，其引出端为器件的栅极，而第二导电材料14为虚拟栅，其引出端与源极短接。
其工作原理如下：
反向导通时，器件栅源极同接高电位，漏极接地。由于P型肖特基二极管处于反偏状态，因此体二极管的导通被极大地限制了。随着栅源极电压的升高，会在靠近真实栅和虚拟栅的第一P型阱区6与第二P型阱区7表面形成电子沟道，因此反向电流通过电子沟道形成电子电流流向器件漏极。因此相对于普通超结MOSFET体二极管相比较，本发明超结MOSFET在反向导通时，体二极管向漂移区注入的少数载流子急剧减小，从而使体二极管从导通到耐压的反向恢复过程中存在的反向恢复电荷极大地减小。可以通过保持真实栅的栅氧厚度而减小虚拟栅的栅氧厚度，可以不改变器件的阈值电压的前提下，降低反向导通时的导通压降，改善器件功耗。
图5为本发明超结MOSFET与常规超结MOSFET反向恢复电流仿真对比图。600V等级的两种MOSFET在400V下进行反向恢复特性仿真，可以看出本发明超结MOSFET较常规超结MOSFET的反向恢复电流和反向恢复电荷下降明显。
Claims (1)
1.一种具有源端肖特基接触的超结MOSFET，其元胞包括漏极结构、耐压层结构、源极结构和栅极结构，其中耐压层结构位于漏极结构之上，源极结构和栅极结构位于耐压层结构之上；
所述漏极结构包括漏极金属(1)以及N+漏区(2)，所述N+漏区(2)的上表面与耐压层接触；所述漏极金属(1)的上表面与N+漏区(2)的下表面接触；所述漏极金属(1)引出端为漏极；
所述耐压层结构包括N型漂移区(5)、第一P型漂移区(3)及第二P型漂移区(4)；所述N型漂移区(5)位于第一P型漂移区(3)与第二P型漂移区(4)之间；所述N型漂移区(5)、第一P型漂移区(3)与第二P型漂移区(4)构成超结结构；所述N型漂移区(5)、第一P型漂移区(3)与第二P型漂移区(4)的下表面与第一N+漏区(2)上表面接触；
所述源极结构包括第一P型阱区(6)、第一N+源区(8)、第二P型阱区(7)、第二N+源区(9)、第一源极金属(10)和第二源极金属(11)；所述第一P型阱区(6)位于第一P型漂移区(3)上表面，且第一P型阱区(6)沿器件横向方向延伸入N型漂移区(5)中；第一N+源区(8)位于第一P型阱区(6)上层，且第一N+源区(8)位于第一P型漂移区(3)与N型漂移区(5)连接处的上方；所述第二P型阱区(7)位于第二P型漂移区(4)上表面，且第二P型阱区(7)沿器件横向方向延伸入N型漂移区(5)中；第一N+源区(8)位于第二P型阱区(7)上层，且第一N+源区(8)位于第二P型漂移区(4)与N型漂移区(5)连接处的上方；所述第一源极金属(10)位于第一P型阱区(6)及部分第一N+源区(8)的上表面，所述第二源极金属(11)位于第二P型阱区(7)及部分第二N+源区(9)的上表面；所述第一源极金属(10)与第二源极金属(11)引出端为源极；
所述栅极结构为平面栅，所述平面栅由绝缘介质(12)和位于绝缘介质(12)之中的第一导电材料(13)和第二导电材料(14)构成；所述绝缘介质(12)位于第一源极金属(10)与第二源极金属(11)之间的N型漂移区(5)、第一P型阱区(6)、第二P型阱区(7)、第一N+源区(8)、和第二N+源区(9)上表面；第一导电材料(13)位于靠近第一源极金属(10)的一侧，第一导电材料(13)和第二导电材料(14)之间具有间距，且第二导电材料(14)的横向宽度大于第一导电材料(13)的横向宽度，第一导电材料(13)的引出端为栅极，第二导电材料(14)的引出端为源极；
所述第一源极金属(10)与第一P型阱区(6)形成肖特基接触，所述第二源极金属(11)与第二P型阱区(7)形成肖特基接触。
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