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坚固的功率半导体场效应晶体管结构制造技术

技术编号:15189574 阅读:17 留言:0更新日期:2017-04-19 19:07
本发明专利技术公开一种坚固的功率半导体场效应晶体管结构,其通过特殊的设计,使其内部不存在任何寄生三极管,解决了在瞬态条件下的二次击穿或闩锁导致器件发生故障的问题,器件的坚固性得到增强。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术公开一种功率半导体器件的结构,且确切地说,涉及到一种坚固的功率半导体场效应晶体管结构。
技术介绍
功率半导体开关器件已广泛用于电力电子系统中,例如,开关电源和电动机驱动器等,这些应用场合通常要求这些器件应具有高坚固性。请参看附图1,图1中所示出的为现有技术功率半导体器件结构的截面,图1中结构的器件通常称为垂直双扩散金属氧化物半导体场效应晶体管(即VDMOS)。场效应晶体管本体100最底部处为漏极123,在漏极123的顶部上设有n+漏区115,即重掺杂n型漏区,在n+漏区115的顶部上设有n-漂移区114,即轻掺杂n型漂移区,部分n-漂移区114的上表面包围有p型体区113,p型体区113外围设有将p型体区113连接到源极122的p+扩散区112,即重掺杂p型扩散区,p型体区113的上表面包围设有n+源区111,即重掺杂n型源区,p型体区113上方设有覆盖p型体区113的表面并且在n-漂移区114与n+源区111之间形成沟道的栅电介质131,在栅电介质131的顶部上设有栅极121,栅极121的顶部上设有用于隔离栅极121和源极122的层间电介质132(即ILD),层间电介质132外侧设有短接n+源区111和p+扩散区112两者的源极122。在场效应晶体管本体100的导通状态下,p型体区113的表面通过正栅极电压反型,随后电流可以在n+源区111与n-漂移区114之间传导;在场效应晶体管本体100的阻断状态下,电流由反向偏压的,p型体区113和n-漂移区114之间的pn结阻断。由于n+源区111、p型体区113和n-漂移区114都是结构的基本部分,因此由n+源区111、p型体区113以及n-漂移区114构成的寄生三极管一直存在于场效应晶体管本体100结构中。在瞬态条件例如,非箝位感性开关下,寄生三极管可以通过流过p型体区113的电阻的瞬变电流激活,寄生三极管的激活通常称为二次击穿,二次击穿可以导致场效应晶体管本体100发生故障例如,热逸溃等。目前,VDMOS已广泛用于电子系统中,然而,在该结构中始终存在由n+源区111、p型体区113和n-漂移区114构成的寄生双极结型晶体管(即三极管),并且该寄生三极管在瞬态条件下的激活可以导致器件发生故障,瞬态条件通常包含(但不限于)雪崩操作、体二极管的反向恢复以及宇宙辐射诱生的单粒子事件,并且这些条件通常会在应用中遇到,由于寄生三极管存在于所有VDMOS结构中,因此相关故障仅可以被抑制而无法被消除。
技术实现思路
针对上述提到的现有技术中的n+源区、p型体区和n-漂移区都是场效应晶体管本体结构的基本部分,在瞬态条件下的激活可能导致器件发生故障的缺点,本专利技术提供一种坚固的功率半导体场效应晶体管结构,其采用特殊的结构设计,使其不存在任何寄生三极管,器件的坚固性得到增强。本专利技术解决其技术问题采用的技术方案是:一种坚固的功率半导体场效应晶体管结构,晶体管结构为最底部处设有漏极,在漏极的顶部上设有第一导电类型的重掺杂漏区,在第一导电类型的重掺杂漏区的顶部上设有第一导电类型的轻掺杂漂移区,第一导电类型的轻掺杂漂移区的上表面设有第二导电类型的重掺杂源区,覆盖住第一导电类型的轻掺杂漂移区的上表面的一部分,在第一导电类型的轻掺杂漂移区和第二导电类型的重掺杂源区的顶部上设有栅电介质,栅电介质覆盖在第一导电类型的轻掺杂漂移区上方,并覆盖住一部分第二导电类型的重掺杂源区的顶部,栅电介质的顶部上设有栅极,栅极顶部设有层间电介质,层间电介质覆盖在栅极上方,并与第二导电类型的重掺杂源区上表面相接触,层间电介质顶部覆盖有源极,源极与第二导电类型的重掺杂源区接触且通过层间电介质与栅极隔离。一种坚固的功率半导体场效应晶体管结构,晶体管结构为最底部处为发射极,在发射极的顶部上设有第二导电类型的重掺杂发射区,在第二导电类型的重掺杂发射区的顶部上设有第一导电类型的轻掺杂基区,第一导电类型的轻掺杂基区的上表面设有第二导电类型的重掺杂集电区,覆盖住第一导电类型的轻掺杂基区的上表面的一部分,在第一导电类型的轻掺杂基区和第二导电类型的重掺杂集电区的顶部上设有栅电介质,栅电介质覆盖在第一导电类型的轻掺杂基区上方,并覆盖住一部分第二导电类型的重掺杂集电区的顶部,栅电介质的顶部上设有栅极,栅极顶部设有层间电介质,层间电介质覆盖在栅极上方,并与第二导电类型的重掺杂集电区上表面相接触,层间电介质顶部覆盖有集电极,集电极与第二导电类型的重掺杂集电区接触且通过层间电介质与栅极隔离。本专利技术解决其技术问题采用的技术方案进一步还包括:所述的第一导电类型的重掺杂漏区具有介于1x1019cm-3与1x1021cm-3之间的掺杂浓度。所述的第一导电类型的轻掺杂漂移区具有介于1x1013cm-3与1x1017cm-3之间的掺杂浓度。所述的第一导电类型的轻掺杂漂移区具有在1μm与100μm之间的长度。、所述的第二导电类型的重掺杂源区具有介于1x1019cm-3与1x1021cm-3之间的掺杂浓度。所述的第二导电类型的重掺杂源区具有在0.01μm与1μm之间的深度。所述的第二导电类型的重掺杂源区与第一导电类型的轻掺杂漂移区之间的pn结的表面被所述栅电介质覆盖,形成栅控沟道。所述的第二导电类型的重掺杂源区的掺杂浓度以大于10倍/nm的速率朝向第一导电类型的轻掺杂漂移区按指数规律降低。所述的栅电介质和栅极位于沟槽中。所述的第二导电类型的重掺杂发射区具有介于1x1018cm-3与1x1021cm-3之间的掺杂浓度。所述的第一导电类型的轻掺杂基区具有介于1x1013cm-3与1x1017cm-3之间的掺杂浓度。所述的第一导电类型的轻掺杂基区具有在10μm与1000μm之间的长度。所述的第一导电类型的轻掺杂基区在第二导电类型的重掺杂发射区附近的掺杂浓度比第一导电类型的轻掺杂基区的其他区域掺杂浓度高。所述的第二导电类型的重掺杂集电区具有介于1x1019cm-3与1x1021cm-3之间的掺杂浓度。所述的第二导电类型的重掺杂集电区具有在0.01μm与1μm之间的深度。所述的第二导电类型的重掺杂集电区与第一导电类型的轻掺杂基区之间的pn结的表面被栅电介质覆盖,形成栅控沟道。所述的第二导电类型的重掺杂集电区的掺杂浓度以大于10倍/nm的速率朝向第一导电类型的轻掺杂基区按指数规律降低。所述的栅电介质和栅极位于沟槽中。本专利技术的有益效果是:本专利技术通过特殊的设计,使其不存在任何寄生三极管,解决了在瞬态条件下的寄生三极管激活可能导致器件发生故障的问题,器件的坚固性得到增强。下面将结合附图和具体实施方式对本专利技术做进一步说明。附图说明图1是现有技术VDMOS结构的截面图。图2是本专利技术实施例一截面结构示意图。图3是本专利技术实施例二截面结构示意图。图4是本专利技术实施例三截面结构示意图。图5是本专利技术实施例四截面结构示意图。具体实施方式本实施例为本专利技术优选实施方式,其他凡其原理和基本结构与本实施例相同或近似的,均在本专利技术保护范围之内。本实施例中将使用n沟道器件对本专利技术的结构做具体说明,但是根据以下结构说明而变得显而易见的是,本专利技术的结构同样适用于p沟道器件。在本专利技术说明书中,重掺杂n型区被标记为n+,并且重掺杂p型区被标记为p+。这些重掺杂区通常具有介于1×1019c本文档来自技高网
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【技术保护点】
一种坚固的功率半导体场效应晶体管结构,其特征是:所述的晶体管结构为最底部处设有漏极,在漏极的顶部上设有第一导电类型的重掺杂漏区,在第一导电类型的重掺杂漏区的顶部上设有第一导电类型的轻掺杂漂移区,第一导电类型的轻掺杂漂移区的上表面设有第二导电类型的重掺杂源区,覆盖住第一导电类型的轻掺杂漂移区的上表面的一部分,在第一导电类型的轻掺杂漂移区和第二导电类型的重掺杂源区的顶部上设有栅电介质,栅电介质覆盖在第一导电类型的轻掺杂漂移区上方,并覆盖住一部分第二导电类型的重掺杂源区的顶部,栅电介质的顶部上设有栅极,栅极顶部设有层间电介质,层间电介质覆盖在栅极上方,并与第二导电类型的重掺杂源区上表面相接触,层间电介质顶部覆盖有源极,源极与第二导电类型的重掺杂源区接触且通过层间电介质与栅极隔离。

【技术特征摘要】
1.一种坚固的功率半导体场效应晶体管结构,其特征是:所述的晶体管结构为最底部处设有漏极,在漏极的顶部上设有第一导电类型的重掺杂漏区,在第一导电类型的重掺杂漏区的顶部上设有第一导电类型的轻掺杂漂移区,第一导电类型的轻掺杂漂移区的上表面设有第二导电类型的重掺杂源区,覆盖住第一导电类型的轻掺杂漂移区的上表面的一部分,在第一导电类型的轻掺杂漂移区和第二导电类型的重掺杂源区的顶部上设有栅电介质,栅电介质覆盖在第一导电类型的轻掺杂漂移区上方,并覆盖住一部分第二导电类型的重掺杂源区的顶部,栅电介质的顶部上设有栅极,栅极顶部设有层间电介质,层间电介质覆盖在栅极上方,并与第二导电类型的重掺杂源区上表面相接触,层间电介质顶部覆盖有源极,源极与第二导电类型的重掺杂源区接触且通过层间电介质与栅极隔离。2.根据权利要求1所述的坚固的功率半导体场效应晶体管结构,其特征是:所述的第一导电类型的重掺杂漏区具有介于1x1019cm-3与1x1021cm-3之间的掺杂浓度。3.根据权利要求1所述的坚固的功率半导体场效应晶体管结构,其特征是:所述的第一导电类型的轻掺杂漂移区具有介于1x1013cm-3与1x1017cm-3之间的掺杂浓度。4.根据权利要求1所述的坚固的功率半导体场效应晶体管结构,其特征是:所述的第一导电类型的轻掺杂漂移区具有在1μm与100μm之间的长度。5.根据权利要求1所述的坚固的功率半导体场效应晶体管结构,其特征是:所述的第二导电类型的重掺杂源区具有介于1x1019cm-3与1x1021cm-3之间的掺杂浓度。6.根据权利要求1所述的坚固的功率半导体场效应晶体管结构,其特征是:所述的第二导电类型的重掺杂源区具有在0.01μm与1μm之间的深度。7.根据权利要求1所述的坚固的功率半导体场效应晶体管结构,其特征是:所述的第二导电类型的重掺杂源区与第一导电类型的轻掺杂漂移区之间的pn结的表面被栅电介质覆盖,形成栅控沟道。8.根据权利要求所述的坚固的功率半导体场效应晶体管结构,其特征是:所述的第二导电类型的重掺杂源区的掺杂浓度以大于10倍/nm的速率朝向第一导电类型的轻掺杂漂移区按指数规律降低。9.根据权利要求1所述的坚固的功率半导体场效应晶体管结构,其特征是:所述的栅电介质和栅极位于沟槽中。10.一种坚固的功率半导体场效应晶体管结构,其特征是:所述的晶体管结构为最底部处为发射极,在发射极的顶部上设有第二导电类型...

【专利技术属性】
技术研发人员:周贤达廖慧仪单建安
申请(专利权)人:廖慧仪
类型:发明
国别省市:中国香港;81

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