P型超結(jié)橫向雙擴散mosfet器件的制作方法

P型超結(jié)橫向雙擴散mosfet器件的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種P型超結(jié)橫向雙擴散MOSFET器件，在N型襯底重?fù)诫s區(qū)上具有N型外延漂移區(qū)；在N型外延漂移區(qū)中形成有元胞區(qū)和終端區(qū)；P型半絕緣柱區(qū)在元胞區(qū)和終端區(qū)中均具有多個P型半絕緣柱區(qū)；在所述P型半絕緣柱區(qū)底部和頂部分別有濃度高于P型半絕緣柱區(qū)的P型摻雜區(qū)；元胞區(qū)中所述P型半絕緣柱區(qū)之間有柵極溝槽；溝槽表面形成有柵氧化膜且填入多晶硅形成柵極；所述柵極溝槽與P型半絕緣柱區(qū)之間形成阱區(qū)；在阱區(qū)上部形成源區(qū)；源區(qū)和阱區(qū)通過接觸孔連接地電位。本發(fā)明通過P型半絕緣柱區(qū)頂部與底部的摻雜濃度提高，解決了器件設(shè)計的耐擊穿電壓值，同時提高了器件整體的縱向和橫向擊穿電壓與可靠性。
【專利說明】P型超結(jié)橫向雙擴散MOSFET器件
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件設(shè)計領(lǐng)域，特別是指一種P型超結(jié)橫向雙擴散MOSFET器件。
【背景技術(shù)】
[0002]圖1所示為傳統(tǒng)超結(jié)結(jié)構(gòu)應(yīng)用于N型縱向功率MOS器件，即N型CooLMOS結(jié)構(gòu)。其是在重?fù)诫s的N型硅襯底101上具有水平分布的兩輕摻雜P型區(qū)102，兩輕摻雜的P型區(qū)102之間具有一輕摻雜N型外延漂移區(qū)103，上部左右分別具有重?fù)诫s的P型阱區(qū)104和位于P型阱區(qū)104中的重?fù)诫sN型區(qū)105 (源漏區(qū))，中間的溝道區(qū)上方淀積多晶硅柵極。該結(jié)構(gòu)導(dǎo)通過程中只有多數(shù)載流子一電子，而沒有少數(shù)載流子的參與，因此，其開關(guān)損耗與傳統(tǒng)的功率MOSFET相同，而且其電壓支持層的雜質(zhì)摻雜濃度可以提高將近一個數(shù)量級；此夕卜，由于垂直方向上插入P型區(qū)，可以補償過量的電流導(dǎo)通電荷。在漂移層加反向偏置電壓，將產(chǎn)生一個橫向電場，使PN結(jié)耗盡。當(dāng)電壓達(dá)到一定值時，漂移層完全耗盡，將起到電壓支持層的作用。由于摻雜濃度的大幅提高，在相同的擊穿電壓下，導(dǎo)通電阻Ron可以大大降低，甚至突破硅限，但是此類器件的平面柵結(jié)構(gòu)會使得兩側(cè)重?fù)诫sP阱區(qū)104存在JFET夾斷效應(yīng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種P型超結(jié)橫向雙擴散MOSFET器件，具有橫向及縱向整體的高擊穿電壓及高可靠性。
[0004]為解決上述問題，本發(fā)明提供的一種P型超結(jié)橫向雙擴散MOSFET器件，包括:N型襯底重?fù)诫s區(qū)及N型外延漂移區(qū)，其中:
[0005]N型外延漂移區(qū)位于N型襯底重?fù)诫s區(qū)之上。
[0006]所述N型外延漂移區(qū)中具有元胞區(qū)和終端區(qū)，在器件的俯視平面上，終端區(qū)位于元胞區(qū)外圈將元胞區(qū)環(huán)繞包圍。
[0007]剖視平面上，所述元胞區(qū)中具有兩個P型半絕緣柱區(qū)，終端區(qū)中更具有多個P型半絕緣柱區(qū)，在終端區(qū)中均勻分布。
[0008]所述的多個P型半絕緣柱區(qū)，其底部還均具有第一 P型摻雜區(qū)，以及頂部均具有第
二P型摻雜區(qū)。
[0009]元胞區(qū)中，兩個P型半絕緣柱區(qū)之間有一個溝槽，所述溝槽內(nèi)壁表面形成有柵氧化膜，溝槽內(nèi)填充多晶硅形成柵極。
[0010]所述溝槽的兩側(cè)與P型半絕緣柱區(qū)之間的區(qū)域均形成阱區(qū)，在阱區(qū)上部形成源區(qū)，源區(qū)和阱區(qū)通過接觸孔連接地電位。
[0011]進(jìn)一步地，所述P型半絕緣柱區(qū)是單一材料，或者是半導(dǎo)體絕緣材料和絕緣材料的復(fù)合結(jié)構(gòu)。
[0012]進(jìn)一步地，所述P型半絕緣柱區(qū)是半導(dǎo)體絕緣材料和絕緣材料的復(fù)合結(jié)構(gòu)時，半導(dǎo)體絕緣材料位于靠外延漂移區(qū)一側(cè)。
[0013]進(jìn)一步地，所述接觸孔是穿透源區(qū)直接與阱區(qū)接觸，使阱區(qū)和源區(qū)共用接觸孔；或者是停止在源區(qū)，通過額外的P型孔注入，形成與阱區(qū)的接觸。
[0014]進(jìn)一步地，所述終端區(qū)其表面或者形成有場氧、多晶硅或金屬場板；其遠(yuǎn)離元胞區(qū)方向的外側(cè)或者形成有場截止環(huán)；其P型半絕緣柱區(qū)之間或包含P型半絕緣柱區(qū)的區(qū)域也不排除設(shè)計有P型淺注入。
[0015]進(jìn)一步地，所述第一 P型摻雜區(qū)和第二 P型摻雜區(qū)的摻雜濃度為P型半絕緣柱區(qū)的2~5倍，且雜質(zhì)是均勻分布或在水平方向上呈中間濃兩側(cè)淡的分布。
[0016]本發(fā)明通過P型半絕緣柱區(qū)頂部與底部的摻雜濃度提高，解決了器件設(shè)計的耐擊穿電壓值，同時提高了器件整體的縱向和橫向擊穿電壓與可靠性。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1是傳統(tǒng)的N型CooIMOS器件；
[0018]圖2是本發(fā)明P型超結(jié)橫向雙擴散MOSFET器件的剖面結(jié)構(gòu)；
[0019]圖3是P型半絕緣柱區(qū)頂部凹陷；
[0020]圖4是橫向電場碰撞電離示意圖。
[0021]附圖標(biāo)記說明
[0022]I是N型襯底重?fù)诫s區(qū)2是N型外延漂移區(qū)
[0023]31是第一 P型摻雜區(qū)
[0024]32是P型半絕緣柱區(qū)
[0025]33是第二 P型摻雜區(qū)
[0026]4是柵極溝槽5是柵氧化膜
[0027]6是多晶硅柵極7是阱區(qū)
[0028]8是源區(qū)9是接觸孔
[0029]100是元胞區(qū)101是終端區(qū)
【具體實施方式】
[0030]本發(fā)明一種P型超結(jié)橫向雙擴散MOSFET器件，現(xiàn)結(jié)合【專利附圖】

【附圖說明】如下。
[0031]如圖2所示，在N型襯底重?fù)诫s區(qū)I之上具有N型外延漂移區(qū)2。
[0032]N型外延漂移區(qū)2中具有元胞區(qū)100和終端區(qū)101，在器件的俯視平面上，終端區(qū)101是位于元胞區(qū)100外圈將元胞區(qū)100環(huán)繞包圍，將元胞區(qū)100保護(hù)在內(nèi)。
[0033]在N型外延漂移區(qū)2中具有多個P型半絕緣柱區(qū)32，元胞區(qū)100中具有兩個P型半絕緣柱區(qū)32，終端區(qū)101中更具有多個P型半絕緣柱區(qū)32，在終端區(qū)101中均勻分布，P型半絕緣柱區(qū)32或者是單一的材料，或者是由半導(dǎo)體絕緣材料和絕緣材料的復(fù)合結(jié)構(gòu)，當(dāng)柱區(qū)32為復(fù)合結(jié)構(gòu)時，半導(dǎo)體絕緣材料位于靠近外延漂移區(qū)的一側(cè)。
[0034]所述的多個P型半絕緣柱區(qū)32，其底部還均具有第一 P型摻雜區(qū)31，以及頂部均具有第二 P型摻雜區(qū)33，第一 P型摻雜區(qū)31以及第二 P型摻雜區(qū)33的摻雜濃度是P型半絕緣柱區(qū)32的2至5倍，且雜質(zhì)可以均勻分布，也可以是在水平方向上呈現(xiàn)中間濃兩側(cè)淡的分布狀態(tài)。[0035]在元胞區(qū)100中，剖視平面上，兩個P型半絕緣柱區(qū)32之間有溝槽4，所述溝槽4內(nèi)壁表面形成有柵氧化膜5，溝槽4內(nèi)填充多晶硅形成柵極6，柵氧化膜5是將柵極6和溝槽4隔離。
[0036]所述柵極溝槽4左右兩側(cè)與P型半絕緣柱區(qū)32之間的區(qū)域形成阱區(qū)7，在阱區(qū)7上部形成源區(qū)8，源區(qū)8和阱區(qū)7通過接觸孔9連接地電位。
[0037]以上即為本發(fā)明所述的P型超結(jié)橫向雙擴散MOSFET器件的結(jié)構(gòu)，通過P型半絕緣柱區(qū)32底部(即所述第一 P型摻雜區(qū)31)的摻雜濃度提高，有效的抑制襯底輔助耗盡效應(yīng)，提高器件的縱向耐壓能力提高。即P型半絕緣柱區(qū)32底部受到兩側(cè)N型外延漂移區(qū)2的耗盡同時受底部N型襯底重I摻雜耗盡的影響，使器件縱向的電壓承受能力小于設(shè)計的理論值。雖然增加P型半絕緣柱區(qū)32的深度可以簡單的解決這個問題，但同時增加的是工藝成本，本發(fā)明通過P型半絕緣柱區(qū)32底部的摻雜濃度提高的方案的優(yōu)越性不言而喻。
[0038]另外，P型半絕緣柱區(qū)32頂部(即形成所述的第二 P型摻雜區(qū)33)的摻雜濃度提高，有效的抑制硅表面場氧和層間膜的吸硼吐磷效應(yīng)。即P型半絕緣柱區(qū)頂部在實際工藝生產(chǎn)過程中會向內(nèi)凹陷，如圖3所示，導(dǎo)致器件實際橫向擊穿電壓小于設(shè)計理論值，使器件整體擊穿電壓下降。通過P型半絕緣柱區(qū)頂部的摻雜濃度提高，器件在橫向電場的作用下，表面更容易耗盡，使碰撞電離內(nèi)壓至硅體內(nèi)，避免了表面擊穿的發(fā)生,如圖4所示。同時對于通過P型低摻雜補償工藝生產(chǎn)過程中P型半絕緣柱區(qū)頂部內(nèi)凹，屬于相同的技術(shù)解決方案，亦在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種P型超結(jié)橫向雙擴散MOSFET器件，包括N型襯底重?fù)诫s區(qū)及N型外延漂移區(qū)，其特征在于: N型外延漂移區(qū)位于N型襯底重?fù)诫s區(qū)之上； 所述N型外延漂移區(qū)中具有元胞區(qū)和終端區(qū)，在器件的俯視平面上，終端區(qū)位于元胞區(qū)外圈將元胞區(qū)環(huán)繞包圍； 剖視平面上，所述元胞區(qū)中具有兩個P型半絕緣柱區(qū)，終端區(qū)中更具有多個P型半絕緣柱區(qū)，在終端區(qū)中均勻分布； 所述的多個P型半絕緣柱區(qū)，其底部還均具有第一 P型摻雜區(qū)，以及頂部均具有第二 P型摻雜區(qū)； 元胞區(qū)中，兩個P型半絕緣柱區(qū)之間有一個溝槽，所述溝槽內(nèi)壁表面形成有柵氧化膜，溝槽內(nèi)填充多晶硅形成柵極； 所述溝槽的兩側(cè)與P型半絕緣柱區(qū)之間的區(qū)域均形成阱區(qū)，在阱區(qū)上部形成源區(qū)，源區(qū)和阱區(qū)通過接觸孔連接地電位。
2.如權(quán)利要求1所述的P型超結(jié)橫向雙擴散MOSFET器件，其特征在于:所述P型半絕緣柱區(qū)是單一材料，或者是半導(dǎo)體絕緣材料和絕緣材料的復(fù)合結(jié)構(gòu)。
3.如權(quán)利要求2所述的P型超結(jié)橫向雙擴散MOSFET器件，其特征在于:所述P型半絕緣柱區(qū)是半導(dǎo)體絕緣材料和絕緣材料的復(fù)合結(jié)構(gòu)時，半導(dǎo)體絕緣材料位于靠外延漂移區(qū)一側(cè)。
4.如權(quán)利要求1所述的P型超結(jié)橫向雙擴散MOSFET器件，其特征在于:所述接觸孔是穿透源區(qū)直接與阱區(qū)接觸，使阱區(qū)和源區(qū)共用接觸孔；或者是停止在源區(qū)，通過額外的P型孔注入，形成與阱區(qū)的接觸。
5.如權(quán)利要求1所述的P型超結(jié)橫向雙擴散MOSFET器件，其特征在于:所述終端區(qū)其表面或者是形成有場氧、多晶硅或金屬場板；其遠(yuǎn)離元胞區(qū)方向的外側(cè)或者是形成有場截止環(huán)；其P型半絕緣柱區(qū)之間或包含P型半絕緣柱區(qū)的區(qū)域不排除設(shè)計有P型淺注入。
6.如權(quán)利要求1所述的P型超結(jié)橫向雙擴散MOSFET器件，其特征在于:所述第一P型摻雜區(qū)和第二 P型摻雜區(qū)的摻雜濃度為P型半絕緣柱區(qū)的2?5倍，且雜質(zhì)是均勻分布或在水平方向上呈中間濃兩側(cè)淡的分布。
【文檔編號】H01L29/78GK103515432SQ201210206590
【公開日】2014年1月15日 申請日期:2012年6月21日 優(yōu)先權(quán)日:2012年6月21日
【發(fā)明者】胡曉明 申請人:上海華虹Nec電子有限公司