MOSFET以及电力转换电路制造技术

本发明专利技术的MOSFET100的特征在于，包括：半导体基体110，具有n型柱形区域114、p型柱形区域116、基极区域118、以及源极区域120，并且由n型柱形区域114以及p型柱形区域116构成超级结结构；沟槽122，具有侧壁以及底部；栅电极126，经由栅极绝缘膜124形成在沟槽122内；载流子补偿电极128，位于栅电极126与沟槽122的底部之间；绝缘区域130，将载流子补偿电极128与侧壁以及底部分离；以及源电极132，在与源极区域120电气连接的同时也与载流子补偿电极128电气连接。根据本发明专利技术的MOSFET100，即便栅极周围的电荷平衡存在变动，也能够将关断MOSFET后的开关特性的变动减小至比以往更小的水平。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】MOSFET以及电力转换电路
本专利技术涉及MOSFET以及电力转换电路。
技术介绍
以往，具备由n型柱形(Column)区域以及p型柱形区域所构成超级结(Superjunction)结构的半导体基体的MOSFET被普遍认知(例如，参照专利文献1)。以往的MOSFET800如图10所示，包括：半导体基体810，具有n型柱形区域814以及p型柱形区域816、形成在n型柱形区域814以及p型柱形区域816的表面的p型基极区域818、以及形成在p型基极区域818的表面的n型源极区域820，并且由n型柱形区域814以及p型柱形区域816构成超级结结构；沟槽(Trench)822，从平面看在n型柱形区域814所在的区域内，被形成至比基极区域818的最深部更深的位置上，并且被形成为使源极区域820的一部分外露在内周面上；以及栅电极826，经由形成在沟槽822的内周面上的栅极绝缘膜824被埋设在沟槽822的内部后形成。在以往的MOSFET800中，n型柱形区域814以及p型柱形区域816被形成为：使n型柱形区域814的掺杂物总量与p型柱形区域816的掺杂物总量相等。即，n型柱形区域814以及p型柱形区域816处于电荷平衡(Chargebalance)状态。在本说明书中，“超级结结构”是指：从规定的截面看时n型柱形区域与p型柱形区域被交互重复地排列的结构。另外，在本说明书中，“掺杂物总量”是指：MOSFET中作为构成要素(n型柱形区域或p型柱形区域)的掺杂物的总量。由于以往的MOSFET800具备有由n型柱形区域814以及p型柱形区域816构成超级结结构的半导体基体810，因此是一种具有低导通(ON)电阻、且高耐压的开关元件。【先行技术文献】【专利文献1】特表2012-64660号公报【专利文献2】特表2015-133380号公报虽然由于以往的MOSFET800如上述般是一种具有低导通电阻、且高耐压的开关元件，可以考虑将其运用在电力转换电路中。但是，一旦将以往的MOSFET800运用于电力转换电路后，就存在有在栅极周围的电荷平衡存在变动的情况下将MOSFET关断(Turnoff)后，开关特性的变动就会变大的问题。(参照图3中的Id(p过多)与Id(n过多)、以及Vds(n过多)与Vds(p过多))。因此，本专利技术鉴于上述问题的解决，目的是提供一种：即便栅极周围的电荷平衡存在变动，也能够将MOSFET关断后的开关特性的变动减小至比以往更小的MOSFET以及使用这种MOSFET的电力转换电路。
技术实现思路
【1】本专利技术的MOSFET，其特征在于，包括：半导体基体，具有在交互排列状态下形成的n型柱形区域以及p型柱形区域、位于所述n型柱形区域以及所述p型柱形区域的表面的p型基极区域、以及位于所述基极区域的表面的n型源极区域，并且由所述n型柱形区域以及所述p型柱形区域构成超级结结构；沟槽，从平面看形成在所述n型柱形区域所在的区域内，并且具有与所述n型柱形区域、所述基极区域以及所述源极区域相邻接的侧壁、以及与所述n型柱形区域相邻接的底部；栅电极，经由栅极绝缘膜形成在所述沟槽内；载流子(Carrier)补偿电极，位于所述栅电极与所述沟槽的所述底部之间；所述沟槽内的绝缘区域，延展于所述栅电极与所述载流子补偿电极之间，并且沿所述沟槽的所述侧壁以及所述底部延展从而使所述载流子补偿电极与所述侧壁以及所述底部分离；以及源电极，位于所述半导体基体的第一主面侧的表面上，并且在与所述源极区域电气连接的同时也与所述载流子补偿电极电气连接。在本说明书中，所谓“载流子补偿电极”是指一种电极，其发挥的作用是：即使在n型柱形区域以及p型柱形区域中电荷平衡(载流子的平衡、即掺杂物的平衡、p型柱形区域的宽度与n型柱形区域的宽度之间的平衡等)存在变动的情况下，也能够通过对其变动进行补偿，从而减小半导体装置在关断后开关特性的变动。【2】根据本专利技术的MOSFET，理想的情况是：在将从所述栅电极的最上部直到最下部为止的厚度定为a，从所述载流子补偿电极的最上部直到最下部为止的厚度定为b时，满足0.2a≤b≤a。在本说明书中，所谓“最上部”是指距离半导体基体的第一主面最近(最浅)的部分，所谓“最下部”是指距离半导体基体的第一主面最远(最深)的部分。【3】根据本专利技术的MOSFET，理想的情况是：所述半导体基体进一步具有形成在与所述第一主面相反一侧的第二主面侧的表面的低电阻半导体层，在将从所述载流子补偿电极的最上部直到最下部为止的厚度定为b，从所述栅电极的最下部直到所述低电阻半导体层的最上部为止的深度定为c时，满足10b≤c。【4】根据本专利技术的MOSFET，理想的情况是：与所述沟槽相邻接的区域处的所述n型柱形区域的掺杂物浓度，与所述n型柱形区域的最下部处的所述n型柱形区域的掺杂物浓度相同。【5】根据本专利技术的MOSFET，理想的情况是：与所述沟槽相邻接的区域处的所述n型柱形区域的掺杂物浓度比所述n型柱形区域的最下部处的所述n型柱形区域的掺杂物浓度低。【6】根据本专利技术的MOSFET，理想的情况是：所述载流子补偿电极与所述n型柱形区域之间的所述绝缘区域的厚度比所述栅极绝缘膜的厚度更厚。【7】本专利技术的电力转换电路，其特征在于，至少包括：反应器；向所述反应器提供电流的电源；对从所述电源提供至所述反应器的电流进行控制的上述【1】至【6】中任意一项所述的MOSFET；以及对从所述电源提供至所述反应器的电流或对来自于所述反应器的电流进行整流运作的整流元件。【8】根据本专利技术的电力转换电路，理想的情况是：所述整流元件为快速恢复二极管(Fastrecoverydiode)。【9】根据本专利技术的电力转换电路，理想的情况是：所述整流元件为所述MOSFET的内置二极管。【10】根据本专利技术的电力转换电路，理想的情况是：所述整流元件为碳化硅肖特基势垒二极管(SiliconcarbideSchottkyBarrierDiode)。专利技术效果根据本专利技术的MOSFET以及电力转换电路，由于具备：位于栅电极与沟槽的底部之间的，并且与源电极电气连接的载流子补偿电极；以及延展于栅电极与载流子补偿电极之间的，并且沿沟槽的侧壁以及底部延展从而使载流子补偿电极与侧壁以及底部分离的，位于沟槽内的绝缘区域，因此在关断后，来自于漏极的位移电流就不容易流入栅电极。这样一来，栅电极就不易受到栅极周围的n型柱形区域电位变化的影响，其结果就是，即使在栅极周围的电荷平衡存在变动的情况下，也能够将关断后开关特性的变动减小至比以往更低的水平。另外，根据本专利技术的MOSFET以及电力转换电路，由于具备上述构成的载流子补偿电极以及绝缘区域，因此n型柱形区域(为耗尽的n型柱形区域)与栅电极之间的间隔就比以往的MOSFET更长，回馈电容Crss(与栅极·漏极间电容Cgd相等)就比以往的MOSFET更小，其所带来的结果就是，以此观来看，即使在栅极周围的电荷平衡存在变动的情况下，也能够将关断后开关特性的变动减小至比以往更低的水平。另外，根据本专利技术的MOSFET，由于具备由n型柱形区域以及p型柱形区域构成超级结结构的半导体基体，因此其与以往一样，是一种具有低导通电阻、且高耐压的开关元件。另外，在专利文献2中记载了一种半导体装置(以往的另一种MOSFET900本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种MOSFET，其特征在于，包括：半导体基体，具有在交互排列状态下形成的n型柱形区域以及p型柱形区域、位于所述n型柱形区域以及所述p型柱形区域的表面的p型基极区域、以及位于所述基极区域的表面的n型源极区域，并且由所述n型柱形区域以及所述p型柱形区域构成超级结结构；沟槽，从平面看形成在所述n型柱形区域所在的区域内，并且具有与所述n型柱形区域、所述基极区域以及所述源极区域相邻接的侧壁、以及与所述n型柱形区域相邻接的底部；栅电极，经由栅极绝缘膜形成在所述沟槽内；载流子补偿电极，位于所述栅电极与所述沟槽的所述底部之间；所述沟槽内的绝缘区域，延展于所述栅电极与所述载流子补偿电极之间，并且沿所述沟槽的所述侧壁以及所述底部延展从而将所述载流子补偿电极与所述侧壁以及所述底部分离；以及源电极，位于所述半导体基体的第一主面侧的表面上，并且在与所述源极区域电气连接的同时也与所述载流子补偿电极电气连接。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种MOSFET，其特征在于，包括：半导体基体，具有在交互排列状态下形成的n型柱形区域以及p型柱形区域、位于所述n型柱形区域以及所述p型柱形区域的表面的p型基极区域、以及位于所述基极区域的表面的n型源极区域，并且由所述n型柱形区域以及所述p型柱形区域构成超级结结构；沟槽，从平面看形成在所述n型柱形区域所在的区域内，并且具有与所述n型柱形区域、所述基极区域以及所述源极区域相邻接的侧壁、以及与所述n型柱形区域相邻接的底部；栅电极，经由栅极绝缘膜形成在所述沟槽内；载流子补偿电极，位于所述栅电极与所述沟槽的所述底部之间；所述沟槽内的绝缘区域，延展于所述栅电极与所述载流子补偿电极之间，并且沿所述沟槽的所述侧壁以及所述底部延展从而将所述载流子补偿电极与所述侧壁以及所述底部分离；以及源电极，位于所述半导体基体的第一主面侧的表面上，并且在与所述源极区域电气连接的同时也与所述载流子补偿电极电气连接。2.根据权利要求1所述的MOSFET，其特征在于：其中，在将从所述栅电极的最上部直到最下部为止的厚度定为a，从所述载流子补偿电极的最上部直到最下部为止的厚度定为b时，满足0.2a≤b≤a。3.根据权利要求1或2所述的MOSFET，其特征在于：其中，所述半导体基体进一步具有形成在与所述第一主面相反一侧的第二主面侧的表面的低电阻半导体层，在将从所述载流子补偿电极的最上部直到最下部为止...

【专利技术属性】
技术研发人员：新井大辅，北田瑞枝，
申请(专利权)人：新电元工业株式会社，
类型：发明
国别省市：日本,JP