增强抗单粒子栅穿性能的功率半导体器件

本发明涉及功率半导体，特别是涉及一种增强抗单粒子栅穿性能的功率半导体器件。

背景技术：

1、随着功率集成电路的发展，功率半导体器件的发展在不断蓬勃发展，器件工作在第三象限，对体二极管的反向恢复性能有很高的要求。传统垂直金属氧化物半导体场效应晶体管(vdmos)体二极管是双极型器件，由于在体二极管中存在过量的少数载流子，因此其反向恢复性能较差。

2、内置超级势垒整流器的垂直金属氧化物半导体场效应晶体管(sbr-mos)在这样的背景下应运而生。它击穿电压大，反向导通电压小，反向恢复电流小，反向恢复电荷小。目前是改善垂直金属氧化物半导体场效应晶体管的较好选择。

3、但是，超级势垒整流器由于栅极氧化层薄的原因，当其工作在宇宙重离子射线环境下是，很容易发生单粒子栅穿效应而导致器件发生永久性损坏。存在单粒子栅穿性能可靠性不足的缺陷。

4、因此，如何提高sbr-mos的抗单粒子栅穿性能，是目前亟需解决的问题。

技术实现思路

1、鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种增强抗单粒子栅穿性能的功率半导体器件，用于解决现有技术中单粒子栅穿性能可靠性不足的问题。

2、为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种增强抗单粒子栅穿性能的功率半导体器件，包括漏极金属层以及堆叠在所述漏极金属层上的重掺杂第一导电类型衬底层和轻掺杂第一导电类型漂移区，所述轻掺杂第一导电类型漂移区上设置有第一导电类型传导区域，所述第一导电类型传导区域上设置有逆行第二导电类型阳极区域和第二导电类型栅极体区域，所述第一导电类型传导区域位于所述逆行第二导电类型阳极区域和第二导电类型栅极体区域之间，所述逆行第二导电类型阳极区域上设置有重掺杂第二导电类型阳极接触区域，所述第二导电类型栅极体区域上设置有重掺杂第二导电类型栅极接触区域，所述第一导电类型传导区域上还设置有氧化层，所述氧化层上设置有重掺杂第一导电类型栅极多晶硅层和重掺杂第一导电类型虚拟栅极多晶硅层，所述重掺杂第一导电类型虚拟栅极多晶硅层上设置有虚拟栅极金属接触区域，所述重掺杂第二导电类型阳极接触区域和重掺杂第二导电类型栅极接触区域上分别设置有源极金属欧姆接触区域，所述源极金属肖特基接触区域和逆行第二导电类型阳极区域、源极金属肖特基接触区域和第二导电类型栅极体区域之间分别形成肖特基接触。

3、可选地，所述重掺杂第二导电类型阳极接触区域、逆行第二导电类型阳极区域、第一导电类型传导区域、第二导电类型栅极体区域以及重掺杂第二导电类型栅极接触区域的上表面齐平形成一平坦表面。

4、可选地，所述重掺杂第一导电类型虚拟栅极多晶硅层、氧化层以及重掺杂第一导电类型栅极多晶硅层的上表面齐平形成一平坦表面。

5、可选地，所述氧化层覆盖于所述逆行第二导电类型阳极区域、第一导电类型传导区域以及第二导电类型栅极体区域上。

6、可选地，还包括用于增强抗单粒子栅穿性能的保护结构，所述氧化层和逆行第二导电类型阳极区域共同构成所述保护结构。

7、可选地，所述氧化层部分位于所述第二导电类型栅极体区域之上；

8、当所述增强抗单粒子栅穿性能的功率半导体器件工作在正向导通状态时，所述氧化层和第二导电类型栅极体区域的接触处形成有电流导通通道。

9、可选地，所述氧化层部分位于所述逆行第二导电类型阳极区域之上；

10、当所述增强抗单粒子栅穿性能的功率半导体器件工作在反向导通状态时，所述氧化层和逆行第二导电类型阳极区域的接触处形成有电流导通通道。

11、如上所述，本发明的增强抗单粒子栅穿性能的功率半导体器件，具有以下有益效果：

12、当功率半导体器件经历宇宙射线或者重离子入射的时候，由于氧化层厚度的增加，和器件结构中逆行第二导电类型阳极区域的存在，因此导致本发明在单粒子入射时候，在氧化层内部的峰值电场较小。本发明通过引入厚氧化层结构和第二导电类型阳极区域改善抗单粒子栅穿性能。

13、相比于现有的传统垂直金属氧化物半导体场效应晶体管和内置超级势垒整流器的垂直金属氧化物半导体场效应晶体管。本发明具有低的氧化层峰值电场，改善了抗单粒子栅穿性能。

技术特征：

1.一种增强抗单粒子栅穿性能的功率半导体器件，其特征在于，包括漏极金属层以及堆叠在所述漏极金属层上的重掺杂第一导电类型衬底层和轻掺杂第一导电类型漂移区，所述轻掺杂第一导电类型漂移区上设置有第一导电类型传导区域，所述第一导电类型传导区域上设置有逆行第二导电类型阳极区域和第二导电类型栅极体区域，所述第一导电类型传导区域位于所述逆行第二导电类型阳极区域和第二导电类型栅极体区域之间，所述逆行第二导电类型阳极区域上设置有重掺杂第二导电类型阳极接触区域，所述第二导电类型栅极体区域上设置有重掺杂第二导电类型栅极接触区域，所述第一导电类型传导区域上还设置有氧化层，所述氧化层上设置有重掺杂第一导电类型栅极多晶硅层和重掺杂第一导电类型虚拟栅极多晶硅层，所述重掺杂第一导电类型虚拟栅极多晶硅层上设置有虚拟栅极金属接触区域，所述重掺杂第二导电类型阳极接触区域和重掺杂第二导电类型栅极接触区域上分别设置有源极金属欧姆接触区域，所述源极金属肖特基接触区域和逆行第二导电类型阳极区域、源极金属肖特基接触区域和第二导电类型栅极体区域之间分别形成肖特基接触。

2.根据权利要求1所述的增强抗单粒子栅穿性能的功率半导体器件，其特征在于，所述重掺杂第二导电类型阳极接触区域、逆行第二导电类型阳极区域、第一导电类型传导区域、第二导电类型栅极体区域以及重掺杂第二导电类型栅极接触区域的上表面齐平形成一平坦表面。

3.根据权利要求1所述的增强抗单粒子栅穿性能的功率半导体器件，其特征在于，所述重掺杂第一导电类型虚拟栅极多晶硅层、氧化层以及重掺杂第一导电类型栅极多晶硅层的上表面齐平形成一平坦表面。

4.根据权利要求1所述的增强抗单粒子栅穿性能的功率半导体器件，其特征在于，所述氧化层覆盖于所述逆行第二导电类型阳极区域、第一导电类型传导区域以及第二导电类型栅极体区域上。

5.根据权利要求1所述的增强抗单粒子栅穿性能的功率半导体器件，其特征在于，还包括用于增强抗单粒子栅穿性能的保护结构，所述氧化层和逆行第二导电类型阳极区域共同构成所述保护结构。

6.根据权利要求1所述的增强抗单粒子栅穿性能的功率半导体器件，其特征在于，所述氧化层部分位于所述第二导电类型栅极体区域之上；

7.根据权利要求1所述的增强抗单粒子栅穿性能的功率半导体器件，其特征在于，所述氧化层部分位于所述逆行第二导电类型阳极区域之上；

技术总结
本发明涉及功率半导体技术领域，特别是涉及一种增强抗单粒子栅穿性能的功率半导体器件，包括漏极金属层以及堆叠在所述漏极金属层上的重掺杂第一导电类型衬底层和轻掺杂第一导电类型漂移区，所述轻掺杂第一导电类型漂移区上设置有第一导电类型传导区域，所述第一导电类型传导区域上设置有逆行第二导电类型阳极区域和第二导电类型栅极体区域，所述第一导电类型传导区域位于所述逆行第二导电类型阳极区域和第二导电类型栅极体区域之间。本发明通过引入厚氧化层结构和第二导电类型阳极区域改善抗单粒子栅穿性能。相比于现有技术，本发明具有低的氧化层峰值电场，改善了抗单粒子栅穿性能。

技术研发人员：陈文锁,俞齐声,徐向涛,张成方,王航,张力
受保护的技术使用者：重庆大学
技术研发日：
技术公布日：2024/5/10