[发明专利]一种逆阻型VDMOS器件

说明书

本发明提供一种逆阻型VDMOS器件，包括从下至上依次层叠设置的金属化漏极、N型漂移区、金属化源极；N型漂移区的下表面具有N型正向场阻止层，N型漂移区的上表面具有N型反向场阻止层、P型体区、沟槽，沟槽从金属化源极的下表面垂直向下依次贯穿N型源区、P型体区、N型反向场阻止层延伸入N型漂移区；N型漂移区中还具有P型柱，P型柱的上表面与沟槽的下表面接触，P型柱的下表面与N型轻掺杂区的上表面接触；本发明提供的一种逆阻型VDMOS器件具有逆向阻断能力，同时场阻止层的存在防止了漂移区电场的穿通效应，降低了漂移区的厚度，使器件能够获得较低的导通电阻。

技术领域

本发明涉及功率半导体技术，特别涉及一种逆阻型VDMOS器件。

背景技术

VDMOS(垂直双扩散金属氧化物半导体场效应晶体管)以其具有开关速度高、开关损耗低、驱动损耗低等优点，在各种电能变换特别是在高频电能变换中起着重要作用。电能变换通常包括交流到直流(AC-DC)，直流到交流(DC-AC)，直流到直流(DC-DC)和交流到交流(AC-AC)几种变换方式。AC-AC可以采用间接变换即AC-DC-AC方式，也可以采用直接变换即AC-AC的方式。由于AC-DC-AC间接变换系统中需要有大容值的连接电容(电压型变换)或大感值的连接电感(电流型变换)将两部分相对独立的变换系统相连，而大容值的电容和大感值的电感增加了电路的元器件数量及元器件之间的连线数量，增大了系统的体积和寄生效应，降低了系统的可靠性。AC-AC直接转换系统避免了传统AC-DC-AC系统中大容值连接电容或大感值连接电感的使用，减小了系统的成本、体积和寄生效应，并提高了系统的可靠性。但是，AC-AC直接转换要求功率开关具有双向导通及双向阻断的能力，但是主流的功率开关器件大多数是单向型器件，双向型器件较少。双向晶闸管或两个反并联的晶闸管虽然可以作为双向开关，但这两种器件靠电流控制，驱动电路复杂。

由于VDMOS器件不具有逆向导通和逆向阻断的能力，以VDMOS器件为基础构建双向开关，通常的方案如图1所示，需要在VDMOS器件的漏端串联一个二极管，再将两组VDMOS器件和二极管的组合反并联在一起。由于采用4个独立器件的组合，该方案增加了器件的损耗，减低了双向开关的性能。为了减少独立器件数量，文献(D.H Lu，N Fujishima，A.Sugi,et al.Integrated Bi-directional Trench Lateral Power MOSFETs for One ChipLithium-ion Battery Protection ICs,ISPSD’05,2005)和文献(Y Fu，X Cheng,Y Chen，et al.A 20-V CMOS-Based Monolithic Bidirectional Power Switch,IEEE ElectronDevices Letters,2007)采用两个VDMOS器件串联，如图2所示，虽然器件数量减少，但由于采用两个VDMOS器件串联，该双向开关必然具有较大的导通电阻，从而具有较大功耗。

因此，要降低双向开关的导通电阻，必须采用两个VDMOS器件并联，这就需要具有逆向阻断能力的VDMOS。文献(Seigo Mor,et al.Demonstration of 3kV 4H-SiC ReverseBlocking MOSFET,Proceedings of the 2016 28th International Symposium on PowerSemiconductor Devices and ICs,June 12-16,2016,Prague,Czech Republic)提出在VDMOS器件的漏端增加一个肖特基接触，从而使器件具有逆向阻断能力。但是，要保证逆阻型VDMOS器件在正反向耐压时不发生从源端的体区到漏端的肖特基结之间的穿通击穿，必须具有足够的漂移区长度，而增加漂移区长度就意味着导通电阻的增加。

发明内容

针对上述问题，本发明所要解决的问题是：提供一种能够通过反并联连接构成双向开关的具有逆向阻断能力的VDMOS器件，同时场阻止层的存在控制了漂移区的厚度，能够获得较低的导通电阻。