一种超结开关器件的制作方法

    技术2025-12-20  9


    本发明涉及半导体,尤其涉及一种超结开关器件。


    背景技术:

    1、基于电荷平衡原理的超结(super-junction)金属氧化物半导体场效应晶体管(metal-oxide-semiconductor field-effect transistor,mosfet)器件是近年来出现的一种重要的功率器件,在各类功率系统中获得了广泛的应用。

    2、超结mosfet在桥式电路等应用中,需要用到其体二极管起到续流的作用,因此体二极管特性对于超结mosfet器件至关重要。但是,超结mosfet相比于传统的功率mosfet,其体二极管存在反向恢复特性过硬和振荡大等问题,可能会给超结mosfet器件乃至系统带来失效的风险。


    技术实现思路

    1、本发明提供了一种超结开关器件,以解决超结开关器件的体二极管存在反向恢复特性不佳的问题。

    2、根据本发明的一方面,提供了一种超结开关器件,该超结开关器件包括:

    3、衬底;

    4、设置于衬底一侧的第一体区;

    5、设置于衬底和第一体区之间的第一掺杂型柱和第二掺杂型柱;第一体区的掺杂类型与第一掺杂型柱的掺杂类型相同;

    6、第一体区与第二掺杂型柱邻接,第一体区与第一掺杂型柱不邻接;

    7、栅极,设置于第一掺杂型柱远离衬底的一侧;

    8、栅绝缘层,沿第二方向,设置于栅极和第一掺杂型柱之间,以及沿第一方向,设置于第一体区和栅极之间;第二方向为开关器件的厚度方向,第二方向与第一方向垂直;

    9、栅极在衬底的正投影与第一掺杂型柱在衬底的正投影至少部分交叠;

    10、源区,设置于第一体区远离衬底的一侧;

    11、辅助沟道区,邻接于第一掺杂型柱和第一体区之间;

    12、辅助沟道区的掺杂类型与源区的掺杂类型相同;

    13、辅助沟道区的掺杂浓度低于源区的掺杂浓度;

    14、第一体区、辅助沟道区、第一掺杂型柱、栅绝缘层和栅极构成寄生金属氧化物半导体场效应晶体管;

    15、辅助沟道区的掺杂浓度用于调节寄生金属氧化物半导体场效应晶体管的阈值电压的绝对值。

    16、可选的,沿第一方向,第一掺杂型柱和第二掺杂型柱交替设置;

    17、沿第二方向,第一体区在衬底的正投影与第一掺杂型柱在衬底的正投影部分交叠。

    18、可选的,超结开关器件还包括:

    19、第一掺杂类型接触区,设置于第一体区远离衬底的一侧;

    20、沿第一方向,源区设置于栅极和第一掺杂类型接触区之间;

    21、第一掺杂类型接触区的掺杂类型与第一体区的掺杂类型相同;

    22、源区的掺杂类型与第二掺杂型柱的掺杂类型相同。

    23、可选的,在预设范围内,寄生金属氧化物半导体场效应晶体管的阈值电压的绝对值随辅助沟道区的掺杂浓度减小而降低。

    24、可选的,栅绝缘层包括第一子绝缘层和第二子绝缘层;

    25、第一子绝缘层设置于辅助沟道区和栅极之间;

    26、第二子绝缘层设置于栅极和第一掺杂型柱之间,和/或,设置于栅极和第一体区之间,和/或,设置于栅极和源区之间,和/或,设置于栅极远离第一掺杂型柱的一侧;

    27、第一子绝缘层的厚度小于或等于第二子绝缘层的厚度。

    28、可选的,沿第三方向,第一体区的形状为长条形;

    29、第三方向与第一方向和第二方向所在的平面垂直;

    30、沿第一方向和第二方向所在的平面,第一体区的截面为直线段围成的图形,相邻直线段之间的夹角为直角。

    31、可选的,栅极的材料包括多晶硅、金属或p型掺杂多晶硅;

    32、第一子绝缘层的材料包括二氧化钛、二氧化锆或二氧化铪。

    33、可选的,第一子绝缘层的厚度为大于或等于1nm且小于或等于100nm。

    34、可选的,超结开关器件还包括:

    35、漏极,设置于衬底远离第一体区的一侧;

    36、衬底的掺杂类型与第二掺杂型柱的类型相同;

    37、衬底与第二掺杂型柱邻接;衬底与第一掺杂型柱之间设置有第二掺杂型柱。

    38、本发明实施例的技术方案,通过设置超结开关器件,包括衬底、设置于衬底一侧的第一体区、设置于衬底和第一体区之间的第一掺杂型柱和第二掺杂型柱;第一体区的掺杂类型与第一掺杂型柱的掺杂类型相同;第一体区与第二掺杂型柱邻接,第一体区与第一掺杂型柱不邻接,第一掺杂型柱电位浮空,因此第一掺杂型柱不会向第二掺杂型柱大量注入空穴或自由电子,避免了在第二掺杂型柱区域存储大量非平衡载流子,从而有效改善了体二极管反向恢复特性。当器件反向阻断时,栅极的电位将显著低于第二掺杂型柱的电位,因而由第一体区、辅助沟道区、第一掺杂型柱、栅绝缘层和栅极构成寄生mos结构开启,相当于将第一体区和第一掺杂型柱相连,使其等电位,解决了第一掺杂型柱与第一体区不相连造成的器件反向阻断电压降低的问题。

    39、应当理解,本部分所描述的内容并非旨在标识本发明的实施例的关键或重要特征,也不用于限制本发明的范围。本发明的其它特征将通过以下的说明书而变得容易理解。



    技术特征:

    1.一种超结开关器件,其特征在于,包括:

    2.根据权利要求1所述的超结开关器件,其特征在于,沿第一方向,所述第一掺杂型柱和所述第二掺杂型柱交替设置;

    3.根据权利要求2所述的超结开关器件,其特征在于,所述超结开关器件,还包括:

    4.根据权利要求1所述的超结开关器件,其特征在于,

    5.根据权利要求4所述的超结开关器件,其特征在于,所述栅绝缘层包括第一子绝缘层和第二子绝缘层;

    6.根据权利要求2所述的超结开关器件,其特征在于,沿第三方向,所述第一体区的形状为长条形;

    7.根据权利要求5所述的超结开关器件,其特征在于,所述栅极的材料包括多晶硅、金属或p型掺杂多晶硅;

    8.根据权利要求7所述的超结开关器件,其特征在于,所述第一子绝缘层的厚度为大于或等于1nm且小于或等于100nm。

    9.根据权利要求1所述的超结开关器件,其特征在于,所述超结开关器件,还包括:


    技术总结
    本发明公开了一种超结开关器件。该超结开关器件包括:衬底;设置于衬底一侧的第一体区;设置于衬底和第一体区之间的第一掺杂型柱和第二掺杂型柱;第一体区的掺杂类型与第一掺杂型柱的掺杂类型相同;第一体区与第二掺杂型柱邻接,第一体区与第一掺杂型柱不邻接;栅极;栅绝缘层;源区;辅助沟道区,邻接于第一掺杂型柱和第一体区之间;辅助沟道区的掺杂浓度低于源区的掺杂浓度;第一体区、辅助沟道区、第一掺杂型柱、栅绝缘层和栅极构成寄生金属氧化物半导体场效应晶体管;辅助沟道区的掺杂浓度用于调节寄生金属氧化物半导体场效应晶体管的阈值电压的绝对值。本发明实施例的技术方案有效改善了体二极管反向恢复特性,且不影响器件的反向阻断特性。

    技术研发人员:吴玉舟,禹久泓,郭霄
    受保护的技术使用者:上海超致半导体科技有限公司
    技术研发日:
    技术公布日:2024/10/24
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