CN108091684A - 超结金属氧化物场效应晶体管 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种超结金属氧化物场效应晶体管。所述晶体管划分为有源区域、位于有源区域***的主结区域、位于主结区域***的终端区域，晶体管还包括N型衬底、位于N型衬底上的N型外延层、位于主结区域的N型外延层表面的P型主结、位于主结区域的N型外延层中的连接P型主结底部且朝向N型衬底延伸的P型高掺杂区、位于终端区域的N型外延层中连接P型主结且朝向N型衬底延伸的第一P型柱、连接第一P型柱远离P型高掺杂区一侧的沿平行N型衬底的水平方向延伸的第二P型柱、位于终端区域的N型外延层表面且连接P型高掺杂区远离有源区域一侧的表面P型区域、及位于表面P型区域上方且具有可动电荷的第一厚氧层。
Description
【技术领域】
本发明涉及半导体器件技术领域，特别地，涉及一种超结金属氧 化物场效应晶体管。
【背景技术】
超结金属氧化物场效应晶体管是一种具有金属氧化物半导体晶体 管的绝缘栅结构优点同时具有高电流密度低导通电阻优点的新型器件， 它是一种能用于有效的降低传统功率金属氧化物半导体场效应晶体管 的导电损耗的功率半导体器件。它是基于电荷平衡原理的电荷补偿器 件。
超结金属氧化物场效应晶体管的基本特点是其由间隔N-和P-掺 杂的区域构成的漂移区域来实现耐压。传统高压金属氧化物场效应晶 体管器件在承受反向高压时，其主要依靠PN结的纵向耗尽来实现耐压， 在整个器件的PN结交界处会出现电场强度峰值。而超结金属氧化物场 效应晶体管由于引入了电荷补偿机制，其内部在耗尽耐压时，电场分 布更加均匀，与传统高压金属氧化物场效应晶体管器件的三角形峰值 电场分布相比，超结金属氧化物场效应晶体管内部电场在纵向耐压方 向为矩形分布。使其整个器件在耗尽耐压过程中，不出现个别电场峰 值。由于垂直方向上***P型区，可以补偿过量的电流导通电荷。在 漂移层加反向偏置电压，将产生一个横向电场，使PN结耗尽。当电压 达到一定值时，漂移层完全耗尽，将起到电压支持层的作用。器件在 垂直方向的耐压可以做的很高。然而，器件击穿通常发生在终端，对 于传统的功率器件终端来说，会在体硅内部利用较低浓度的漂移层来 保证耐压水平，但由于超结器件特殊的有源区域结构(也称元胞结构)， 漂移区域的浓度较高，漂移层的厚度也较小，普通的高压功率器件的 终端结构不适合超结结构器件，因此，如何提高超结结构器件的终端 区域的性能(如耐压性能)成为一个重要问题。
【发明内容】
本发明的其中一个目的在于为解决上述问题而提供一种超结金属 氧化物场效应晶体管。
一种超结金属氧化物晶体管，其划分为有源区域、位于有源区域 ***的主结区域、位于所述主结区域***的终端区域，所述晶体管还 包括N型衬底、位于所述N型衬底上的N型外延层、位于所述主结区 域的N型外延层表面的P型主结、位于所述主结区域的N型外延层中 的连接所述P型主结底部且朝向所述N型衬底延伸的P型高掺杂区、 位于所述终端区域的N型外延层中连接所述P型主结且朝向所述N型 衬底延伸的第一P型柱、连接所述第一P型柱远离所述P型高掺杂区 一侧的沿平行所述N型衬底的水平方向延伸的第二P型柱、位于所述 终端区域的N型外延层表面且连接所述P型高掺杂区远离所述有源区 域一侧的表面P型区域、及位于所述表面P型区域上方且具有可动电 荷的第一厚氧层。
在一种实施方式中，所述第二P型柱的数量为多个，所述多个第 二P型柱的延伸方向均相同且沿着垂直所述水平方向的竖直方向排列， 所述多个第二P型柱的一端还分别连接所述第一P型柱。
在一种实施方式中，所述P型主结的P型离子注入浓度与所述第 一P型柱的P型离子注入浓度相等。
在一种实施方式中，所述P型主结的P型离子注入浓度与所述第 一型柱的P型离子注入浓度均为每平方厘米的注入离子数量为10的 15次方数量级的剂量。
在一种实施方式中，所述多个第二P型柱的P型离子的浓度沿着 远离邻近所述P型衬底的方向逐渐降低。
在一种实施方式中，所述第二P型柱包括三个第二P型柱，所述 三个第二P型柱的P型离子注入浓度自高到低依次为每平方厘米的注 入离子数量为10的15次方数量级的剂量、每平方厘米的注入离子数 量为10的14次方数量级的剂量、及每平方厘米的注入离子数量为10 的13次方数量级的剂量。
在一种实施方式中，所述多个第二P型柱远离所述第一P型柱的 一端齐平，且位于所述第一厚氧层的远离所述P型主结的一端的内侧， 所述多个第二P型柱中最远离所述表面P型区域的第二P型柱的底部 于所述有源区域的P型重掺杂区的底部齐平。
在一种实施方式中，所述P型高掺杂区的P型离子的浓度为每平 方厘米的注入离子数量为10的13次方数量级的剂量。
在一种实施方式中，所述晶体管还包括位于所述终端区域的N型 柱与第二厚氧层，所述N型柱位于所述第二P型柱远离所述第一P型 柱一侧的N型外延层表面，所述第二厚氧层位于所述N型柱上。
在一种实施方式中，所述第一厚氧层的厚度在15000埃到18000 埃的范围内，所述第二厚氧层的厚度在15000埃到18000埃的范围内， 所述N型柱的N型离子浓度为每平方厘米的注入离子数量为10的15 次方数量级的剂量。
相较于现有技术，本发明超结金属氧化物场效应晶体管将传统超 结终端的纵向耐压结构变为横向耐压结构，更加节省终端面积，降低 器件成本。此外，本发明超结金属氧化物场效应晶体管的器件表面设 置有带可动电荷的第一厚氧层及表面P型区域，可以大大降低器件表 面的漏电流。
【附图说明】
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例 描述中所使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图 仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付 出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图，其中：
图1为本发明一较佳实施方式的超结金属氧化物场效应晶体管的 剖面结构示意图。
图2-4是图1所示超结金属氧化物场效应晶体管在制作第一厚氧 层的过程中的结构示意图。
【具体实施方式】
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显 然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施 例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性 劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1，图1为本发明一较佳实施方式的超结金属氧化物场 效应晶体管的剖面结构示意图。所述超结金属氧化物场效应晶体管划 分为有源区域、位于有源区域***的主结区域、位于所述主结区域外 围的终端区域，所述晶体管还包括N型衬底、位于所述N型衬底上的 N型外延层、位于所述主结区域的N型外延层表面的P型主结、位于 所述主结区域的N型外延层中的连接所述P型主结底部且朝向所述N 型衬底延伸的P型高掺杂区、位于所述终端区域的N型外延层中连接 所述P型主结且朝向所述N型衬底延伸的第一P型柱、连接所述第一 P型柱远离所述P型高掺杂区(如图所示P+)一侧的沿平行所述N型 衬底的水平方向延伸的第二P型柱、位于所述终端区域的N型外延层 表面且连接所述P型高掺杂区远离所述有源区域一侧的表面P型区域、 位于所述表面P型区域上方的第一厚氧层、位于所述终端区域的N型 柱与第二厚氧层。
可以理解，所述超结金属氧化物场效应晶体管还可以包括多晶硅 及位于所述多晶硅下方的氧化层，具体地，在所述主结区域及所述终 端区域，所述多晶硅及氧化层可以设置于所述P型主结上及所述第一 厚氧层上方。在所述有源区域，所述多晶硅及所述氧化层可以设置于 所述N型外延层及P型体区上方，所述P型体区表面可以具有N型注 入区，所述P型体区下方可以连接P型高掺杂区，所述有源区域的P 型高掺杂区的P型离子的浓度可以与所述主结区域的P型高掺杂区的 P型离子浓度相等。具体地，所述P型高掺杂区的P型离子的浓度为 每平方厘米的注入离子数量为10的13次方数量级的剂量。
本实施方式中，所述第二P型柱的数量为多个，所述多个第二P 型柱的延伸方向均相同且沿着垂直所述水平方向的竖直方向排列，所 述多个第二P型柱的一端还分别连接所述第一P型柱。所述P型主结 的P型离子注入浓度与所述第一P型柱的P型离子注入浓度相等。具 体地，所述P型主结的P型离子注入浓度与所述第一型柱的P型离子 注入浓度均为每平方厘米的注入离子数量为10的15次方数量级的剂 量。进一步地，所述多个第二P型柱的P型离子的浓度沿着远离邻近 所述P型衬底的方向逐渐降低。具体地，所述第二P型柱可以包括三 个第二P型柱，所述三个第二P型柱的P型离子注入浓度自高到低依 次为每平方厘米的注入离子数量为10的15次方数量级的剂量、每平 方厘米的注入离子数量为10的14次方数量级的剂量、及每平方厘米 的注入离子数量为10的13次方数量级的剂量。其中，所述第一P型 柱及第二P型柱均通过多次外延并注入方式形成，也可通过多次外延+ 深沟槽方式形成，且不限于上述方式。
更进一步地，所述多个第二P型柱远离所述第一P型柱的一端到 所述终端区域远离所述有源区域的一端的间距均相等，即所述多个第 二P型柱远离所述第一P型柱的一端齐平，且位于所述第一厚氧层的 远离所述P型主结的一端的内侧。所述多个第二P型柱中最远离所述 表面P型区域的第二P型柱的底部于所述有源区域的P型重掺杂区的 底部齐平。
所述N型柱位于所述第二P型柱远离所述第一P型柱一侧的N型 外延层表面，所述第二厚氧层位于所述N型柱上。所述第一厚氧层可 以含有P型可动电荷，其厚度在15000埃到18000埃的范围内。所述 第二厚氧层不含任何可动电荷，其可以为氧化生长的二氧化硅，厚度 在15000埃到18000埃的范围内。所述N型柱作为电场截止的作用， 同时可以放置外侧可动电荷对所述终端区域造成影响，所述N型柱的 N型离子浓度为每平方厘米的注入离子数量为10的15次方数量级的 剂量。
更进一步地，请参阅图2-4，所述第一厚氧层的可以采用如下方 式形成，使得其表面具有可动电荷。
请参阅图2，在N型外延层表面形成氮化硅图形，所述氮化硅图 形具有开口，所述开口为所述第一厚氧层的所在区域。
请参阅图3，利用所述开口对所述N型外延层表面进行重掺杂P 型离子注入从而形成表面P型区域，其中注入离子为B，注入能量为 50-100KeV，注入剂量为1E15-9E15。
请参阅图4，进行高温氧化，其中氧化温度为1100-1150°，时间 为300分钟，使得所述在表面P型区域区形成所述第一厚氧层，进一 步地，在高温氧化的过程中，注入的杂质一方面向外延层内扩散，一 方面进入所述第一厚氧层，形成所述第一厚氧层内的可动电荷，高温 过程完成后，去除表面氮化硅。
当然，可以理解，在其他实施方式中，所述第一厚氧层其他方式 形成，主要保证所述第一厚氧层具有可动电荷即可，并不限于上述， 如可通过先氧化，后注入的方式也可以形成所述第一厚氧层。
相较于现有技术，本发明超结金属氧化物场效应晶体管将传统超 结终端的纵向耐压结构变为横向耐压结构，更加节省终端面积，降低 器件成本。此外，本发明超结金属氧化物场效应晶体管的器件表面设 置有带可动电荷的第一厚氧层及表面P型区域，可以大大降低器件表 面的漏电流。
以上所述的仅是本发明的实施方式，在此应当指出，对于本领域 的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做 出改进，但这些均属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种超结金属氧化物晶体管，其特征在于：所述晶体管划分为有源区域、位于有源区域***的主结区域、位于所述主结区域***的终端区域，所述晶体管还包括N型衬底、位于所述N型衬底上的N型外延层、位于所述主结区域的N型外延层表面的P型主结、位于所述主结区域的N型外延层中的连接所述P型主结底部且朝向所述N型衬底延伸的P型高掺杂区、位于所述终端区域的N型外延层中连接所述P型主结且朝向所述N型衬底延伸的第一P型柱、连接所述第一P型柱远离所述P型高掺杂区一侧的沿平行所述N型衬底的水平方向延伸的第二P型柱、位于所述终端区域的N型外延层表面且连接所述P型高掺杂区远离所述有源区域一侧的表面P型区域、及位于所述表面P型区域上方且具有可动电荷的第一厚氧层。
2.如权利要求1所述的超结金属氧化物晶体管，其特征在于：所述第二P型柱的数量为多个，所述多个第二P型柱的延伸方向均相同且沿着垂直所述水平方向的竖直方向排列，所述多个第二P型柱的一端还分别连接所述第一P型柱。
3.如权利要求2所述的超结金属氧化物晶体管，其特征在于：所述P型主结的P型离子注入浓度与所述第一P型柱的P型离子注入浓度相等。
4.如权利要求3所述的超结金属氧化物晶体管，其特征在于：所述P型主结的P型离子注入浓度与所述第一型柱的P型离子注入浓度均为每平方厘米的注入离子数量为10的15次方数量级的剂量。
5.如权利要求2所述的超结金属氧化物晶体管，其特征在于：所述多个第二P型柱的P型离子的浓度沿着远离邻近所述P型衬底的方向逐渐降低。
6.如权利要求5所述的超结金属氧化物晶体管，其特征在于：所述第二P型柱包括三个第二P型柱，所述三个第二P型柱的P型离子注入浓度自高到低依次为每平方厘米的注入离子数量为10的15次方数量级的剂量、每平方厘米的注入离子数量为10的14次方数量级的剂量、及每平方厘米的注入离子数量为10的13次方数量级的剂量。
7.如权利要求2所述的超结金属氧化物晶体管，其特征在于：所述多个第二P型柱远离所述第一P型柱的一端齐平，且位于所述第一厚氧层的远离所述P型主结的一端的内侧，所述多个第二P型柱中最远离所述表面P型区域的第二P型柱的底部于所述有源区域的P型重掺杂区的底部齐平。
8.如权利要求1所述的超结金属氧化物晶体管，其特征在于：所述P型高掺杂区的P型离子的浓度为每平方厘米的注入离子数量为10的13次方数量级的剂量。
9.如权利要求1所述的超结金属氧化物晶体管，其特征在于：所述晶体管还包括位于所述终端区域的N型柱与第二厚氧层，所述N型柱位于所述第二P型柱远离所述第一P型柱一侧的N型外延层表面，所述第二厚氧层位于所述N型柱上。
10.如权利要求9所述的超结金属氧化物晶体管，其特征在于：所述第一厚氧层的厚度在15000埃到18000埃的范围内，所述第二厚氧层的厚度在15000埃到18000埃的范围内，所述N型柱的N型离子浓度为每平方厘米的注入离子数量为10的15次方数量级的剂量。
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- 2017-12-13 CN CN201711328216.0A patent/CN108091684B/zh active Active
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