專利名稱：一種超結(jié)縱向雙擴(kuò)散n型金屬氧化物半導(dǎo)體管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及功率半導(dǎo)體器件領(lǐng)域，具體地說，涉及一種硅制高壓超結(jié)縱向雙擴(kuò)散N 型金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管。
背景技術(shù)：
目前，功率器件在日常生活、生產(chǎn)等領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛，特別是功率金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管，由于它們擁有較快的開關(guān)速度、較小的驅(qū)動(dòng)電流、較寬的安全工作區(qū)，因此受到了眾多研究者們的青睞。在功率金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管的一類典型應(yīng)用——無刷電機(jī)、馬達(dá)驅(qū)動(dòng)和汽車電子中，驅(qū)動(dòng)負(fù)載大部分均為感性，而且有些拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中器件不可避免地會(huì)工作在非箝位感應(yīng)開關(guān)條件下，從而帶來工作在雪崩的狀態(tài)的可能。 另一方面，隨芯片面積的減小和開關(guān)頻率的增加，施加在功率器件上的功率密度越來越大， 從而對(duì)功率器件雪崩耐久性的要求也越來越大。因此，雪崩耐久性已成為功率器件在系統(tǒng)中可靠工作的重要保障。目前，功率器件雪崩失效的主要原因之一在于寄生三極管開啟，進(jìn)而二次擊穿。當(dāng)雪崩空穴電流進(jìn)入P型體區(qū)并流經(jīng)N型源區(qū)下方時(shí)，相當(dāng)于寄生三極管的基區(qū)電阻上形成壓降，如果該壓降大于PN結(jié)的開啟電壓，則寄生三極管導(dǎo)通，從而容易導(dǎo)致器件二次擊穿。然而，參照?qǐng)D7，傳統(tǒng)超結(jié)縱向雙擴(kuò)散N型金屬氧化物半導(dǎo)體管中N型源區(qū)和P型體接觸區(qū)為條型版圖，空穴電流只能從N型源區(qū)下方的P型體接觸區(qū)經(jīng)過，參照?qǐng)D8，容易使P型體接觸區(qū)和N型源區(qū)之間的壓降達(dá)到寄生三極管的開啟電壓，繼而失效。傳統(tǒng)的改善功率金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管的雪崩耐久性的方法，只適用于低電流密度；當(dāng)電流密度進(jìn)一步提高時(shí)，仍會(huì)導(dǎo)致功率金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管內(nèi)部的寄生三極管導(dǎo)通。本發(fā)明即是針對(duì)這一問題提出改善半導(dǎo)體器件雪崩耐久性的一種超結(jié)縱向雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管結(jié)構(gòu)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種超結(jié)縱向雙擴(kuò)散N型金屬氧化物半導(dǎo)體管，該結(jié)構(gòu)可以在不影響器件導(dǎo)通電阻性能且不增加工藝制造步驟和困難度的基礎(chǔ)上，減少寄生三極管開啟的可能性，從而提高器件的雪崩耐量，進(jìn)一步保證了器件工作在惡劣條件下的可靠性。為實(shí)現(xiàn)以上目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案
一種超結(jié)縱向雙擴(kuò)散N型金屬氧化物半導(dǎo)體管，包括一個(gè)或一個(gè)以上的管單元，所述的管單元包括漏極金屬，在漏極金屬上設(shè)有作為漏區(qū)的重?fù)诫sN型硅襯底，在重?fù)诫sN型硅襯底上設(shè)有N型摻雜外延層，在N型摻雜外延層中設(shè)有一排P型摻雜柱狀半導(dǎo)體區(qū)，在P 型摻雜柱狀半導(dǎo)體區(qū)上設(shè)有P型摻雜半導(dǎo)體體區(qū)，且P型摻雜半導(dǎo)體體區(qū)位于N型摻雜外延層內(nèi)，在P型摻雜半導(dǎo)體體區(qū)中設(shè)有N型重?fù)诫s半導(dǎo)體源區(qū)和P型重?fù)诫s半導(dǎo)體接觸區(qū)，在N型重?fù)诫s半導(dǎo)體源區(qū)和P型重?fù)诫s半導(dǎo)體接觸區(qū)以外的N型摻雜外延層表面區(qū)域設(shè)有柵氧化層，在柵氧化層上方設(shè)有多晶硅柵，在多晶硅柵的上方及兩側(cè)設(shè)有氧化層，在N型重?fù)诫s半導(dǎo)體源區(qū)和P型重?fù)诫s半導(dǎo)體接觸區(qū)上連接有源極金屬，P型重?fù)诫s半導(dǎo)體接觸區(qū)呈現(xiàn)“十”字形狀，且“十”字形狀的P型重?fù)诫s半導(dǎo)體接觸區(qū)將N型重?fù)诫s半導(dǎo)體源區(qū)分割形成四塊互不連通的塊體。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)
1)參照?qǐng)D1，本發(fā)明的超結(jié)縱向雙擴(kuò)散N型金屬氧化物半導(dǎo)體管采用了 P型重?fù)诫s半導(dǎo)體接觸區(qū)，即P型重?fù)诫s半導(dǎo)體接觸區(qū)呈現(xiàn)“十”字形狀、且“十”字形狀的P型重?fù)诫s半導(dǎo)體接觸區(qū)將N型重?fù)诫s半導(dǎo)體源區(qū)分割四塊互不連通的塊體，參照?qǐng)D6，本發(fā)明結(jié)構(gòu)正常工作時(shí)空穴電流大部分從“十”字形狀的P型重?fù)诫s半導(dǎo)體接觸區(qū)經(jīng)過，相對(duì)于傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)提供了更多的泄放路徑，從而減小了流經(jīng)N型重?fù)诫s半導(dǎo)體源區(qū)下方的電流，避免了寄生三極管的開啟。參照?qǐng)D9，在7. 8X10_5秒處附近傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的漏源電壓急劇下降，漏源電流迅速上升，表明傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)在7. 8X 10_5秒后已經(jīng)進(jìn)入雪崩狀態(tài)，然而本發(fā)明結(jié)構(gòu)在7. 8X 10_5秒后的很長一段時(shí)間內(nèi)漏源電壓仍舊維持在高電壓，而漏源電流依舊保持下降的趨勢(shì)，表明本發(fā)明結(jié)構(gòu)在7. 8X10—5秒后的時(shí)間內(nèi)仍然能正常工作而未進(jìn)入雪崩狀態(tài)，充分說明本發(fā)明結(jié)構(gòu)的雪崩耐量得到明顯的提升。2)參照?qǐng)D1，本結(jié)構(gòu)中通過適當(dāng)調(diào)整P型重?fù)诫s半導(dǎo)體接觸的寬度W2，正向?qū)〞r(shí)，電子電流的路徑仍可以發(fā)散到整個(gè)N型摻雜外延層中，參照?qǐng)D10，不會(huì)對(duì)結(jié)構(gòu)的導(dǎo)通電阻產(chǎn)生不良影響。3)其他超結(jié)縱向雙擴(kuò)散N型金屬氧化物半導(dǎo)體管采用高能離子注入形成一個(gè)很深的P型重?fù)诫s半導(dǎo)體接觸，減小了流經(jīng)N型重?fù)诫s半導(dǎo)體源區(qū)下方的空穴電流，進(jìn)而提高了器件的雪崩耐久性。然而深P型重?fù)诫s半導(dǎo)體接觸容易導(dǎo)致超結(jié)縱向雙擴(kuò)散N型金屬氧化物半導(dǎo)體管的電荷不平衡度更嚴(yán)重或是穿通擊穿，從而降低了器件的擊穿電壓。本發(fā)明結(jié)構(gòu)從P型重?fù)诫s半導(dǎo)體接觸的版圖上加以改進(jìn)，參照?qǐng)D11 (傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)和本發(fā)明結(jié)構(gòu)擊穿電壓的對(duì)比曲線示意圖)，對(duì)器件的耐壓性能沒有不良影響。


圖1是本發(fā)明超結(jié)縱向雙擴(kuò)散N型金屬氧化物半導(dǎo)體管的三維立體剖面結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是圖1中的本發(fā)明超結(jié)縱向雙擴(kuò)散N型金屬氧化物半導(dǎo)體管的三維立體剖面圖中AA'剖面的器件剖面結(jié)構(gòu)圖。圖3是圖1中的本發(fā)明超結(jié)縱向雙擴(kuò)散N型金屬氧化物半導(dǎo)體管的三維立體剖面圖中BB'剖面的器件剖面結(jié)構(gòu)圖。圖4是圖1中的本發(fā)明超結(jié)縱向雙擴(kuò)散N型金屬氧化物半導(dǎo)體管的剖面圖中CC' 剖面的器件剖面結(jié)構(gòu)圖。圖5是圖1中的本發(fā)明超結(jié)縱向雙擴(kuò)散N型金屬氧化物半導(dǎo)體管的剖面圖中DD' 剖面的器件剖面結(jié)構(gòu)圖
圖6是本發(fā)明超結(jié)縱向雙擴(kuò)散N型金屬氧化物半導(dǎo)體管正常工作狀態(tài)時(shí)的空穴電流分布圖。
圖7是傳統(tǒng)超結(jié)縱向雙擴(kuò)散N型金屬氧化物半導(dǎo)體管的三維立體剖面圖。圖8是圖7中的傳統(tǒng)超結(jié)縱向雙擴(kuò)散N型金屬氧化物半導(dǎo)體管的三維立體剖面圖中虛線方框內(nèi)的寄生三極管的示意圖。圖9是本發(fā)明及傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的雪崩耐久性曲線對(duì)比圖。圖10是本發(fā)明及傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的導(dǎo)通時(shí)的電流電壓曲線對(duì)比圖。圖11是本發(fā)明及傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的反向擊穿曲線對(duì)比圖。圖中標(biāo)號(hào)說明1.漏極金屬，2.重?fù)诫sN型硅襯底，3. N型摻雜外延層，4. P型摻雜柱狀半導(dǎo)體區(qū)，5. P型摻雜半導(dǎo)體體區(qū)，6. N型重?fù)诫s半導(dǎo)體源區(qū)，7. P型重?fù)诫s半導(dǎo)體接觸區(qū)，8.柵氧化層，9.多晶硅柵，10.氧化層，11.源極金屬。
具體實(shí)施例方式參照?qǐng)D1至圖5，一種超結(jié)縱向雙擴(kuò)散N型金屬氧化物半導(dǎo)體管，包括一個(gè)或一個(gè)以上的管單元，所述的管單元包括漏極金屬1，在漏極金屬1上設(shè)有作為漏區(qū)的重?fù)诫sN 型硅襯底2，在重?fù)诫sN型硅襯底2上設(shè)有N型摻雜外延層3，在N型摻雜外延層3中設(shè)有一排P型摻雜柱狀半導(dǎo)體區(qū)4，在P型摻雜柱狀半導(dǎo)體區(qū)4上設(shè)有P型摻雜半導(dǎo)體體區(qū)5， 且P型摻雜半導(dǎo)體體區(qū)5位于N型摻雜外延層3內(nèi)，在P型摻雜半導(dǎo)體體區(qū)5中設(shè)有N型重?fù)诫s半導(dǎo)體源區(qū)6和P型重?fù)诫s半導(dǎo)體接觸區(qū)7，在N型重?fù)诫s半導(dǎo)體源區(qū)6和P型重?fù)诫s半導(dǎo)體接觸區(qū)7以外的N型摻雜外延層3表面區(qū)域設(shè)有柵氧化層8，在柵氧化層8上方設(shè)有多晶硅柵9，在多晶硅柵9的上方及兩側(cè)設(shè)有氧化層10，在N型重?fù)诫s半導(dǎo)體源區(qū)6和P 型重?fù)诫s半導(dǎo)體接觸區(qū)7上連接有源極金屬11，
P型重?fù)诫s半導(dǎo)體接觸區(qū)7呈現(xiàn)“十”字形狀，且“十”字狀P型重?fù)诫s半導(dǎo)體接觸區(qū)7 將N型重?fù)诫s半導(dǎo)體源區(qū)6分割形成四塊互不連通的塊體。本實(shí)施例中還采用如下技術(shù)措施來進(jìn)一步提高本發(fā)明的性能
“十”字形狀的P型重?fù)诫s半導(dǎo)體接觸區(qū)7將N型重?fù)诫s半導(dǎo)體源區(qū)6分割形成四塊互不連通的塊體，且塊體之間的尺寸相同。參照?qǐng)D1，“十”字狀P型重?fù)诫s半導(dǎo)體接觸區(qū)7長軸方向的寬度Wl以及短軸方向的寬度W2均可調(diào)，以獲得不同的雪崩耐久性和電流處理能力。P型重?fù)诫s半導(dǎo)體接觸區(qū)7陷于P型摻雜半導(dǎo)體體區(qū)5內(nèi)的深度大于陷于N型重?fù)诫s半導(dǎo)體源區(qū)6的深度。參照?qǐng)D10，在使用了本發(fā)明中的P型重?fù)诫s半導(dǎo)體接觸區(qū)7后，器件的開態(tài)電流能力，也就是器件的導(dǎo)通電阻，與傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)相比并沒有降低。
本發(fā)明可以采用如下方法來制備
1、選擇一塊重?fù)诫sN型硅片作為器件的襯底，然后在重?fù)诫sN型襯底上外延生長一層輕摻雜N型外延層。2、然后在表面注入硼離子，并退火推阱，形成P型體區(qū)。3、在N型外延層上采用深槽腐蝕技術(shù)進(jìn)行刻槽，然后填充P型硅，并進(jìn)行化學(xué)機(jī)械拋光，形成P型柱。
4、生長場(chǎng)氧化層，刻蝕出有源區(qū)，再生長柵氧化層。
5、淀積多晶硅并刻蝕形成多晶硅柵。6、磷離子注入形成N型源區(qū)，然后注入硼離子形成P型體接觸區(qū)。7、然后進(jìn)行表面鈍化，并刻出接觸孔，最后在正反兩面都淀積鋁，形成漏極金屬和源極金屬。
權(quán)利要求
1.一種超結(jié)縱向雙擴(kuò)散N型金屬氧化物半導(dǎo)體管，包括一個(gè)或一個(gè)以上的管單元，所述的管單元包括漏極金屬(1 )，在漏極金屬(1)上設(shè)有作為漏區(qū)的重?fù)诫sN型硅襯底(2)， 在重?fù)诫sN型硅襯底(2)上設(shè)有N型摻雜外延層(3)，在N型摻雜外延層(3)中設(shè)有一排P 型摻雜柱狀半導(dǎo)體區(qū)(4)，在P型摻雜柱狀半導(dǎo)體區(qū)(4)上設(shè)有P型摻雜半導(dǎo)體體區(qū)(5)，且 P型摻雜半導(dǎo)體體區(qū)(5)位于N型摻雜外延層(3)內(nèi)，在P型摻雜半導(dǎo)體體區(qū)(5)中設(shè)有N 型重?fù)诫s半導(dǎo)體源區(qū)(6)和P型重?fù)诫s半導(dǎo)體接觸區(qū)(7)，在N型重?fù)诫s半導(dǎo)體源區(qū)(6)和 P型重?fù)诫s半導(dǎo)體接觸區(qū)(7)以外的N型摻雜外延層(3)表面區(qū)域設(shè)有柵氧化層(8)，在柵氧化層(8)上方設(shè)有多晶硅柵(9)，在多晶硅柵(9)的上方及兩側(cè)設(shè)有氧化層(10)，在N型重?fù)诫s半導(dǎo)體源區(qū)(6)和P型重?fù)诫s半導(dǎo)體接觸區(qū)(7)上連接有源極金屬(11)，其特征在于，P型重?fù)诫s半導(dǎo)體接觸區(qū)(7)呈現(xiàn)“十”字形狀，且“十”字形狀的P型重?fù)诫s半導(dǎo)體接觸區(qū)(7)將N型重?fù)诫s半導(dǎo)體源區(qū)(6)分割形成四塊互不連通的塊體。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超結(jié)縱向雙擴(kuò)散N型金屬氧化物半導(dǎo)體管，其特征在于，由 “十”字形狀的P型重?fù)诫s半導(dǎo)體接觸區(qū)(7)分割N型重?fù)诫s半導(dǎo)體源區(qū)(6)形成的四塊互不連通的塊體的形狀及大小相同。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超結(jié)縱向雙擴(kuò)散N型金屬氧化物半導(dǎo)體管，其特征在于，P型重?fù)诫s半導(dǎo)體接觸區(qū)(7)陷于P型摻雜半導(dǎo)體體區(qū)(5)內(nèi)的深度大于陷于N型重?fù)诫s半導(dǎo)體源區(qū)(6)內(nèi)的深度。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種超結(jié)縱向雙擴(kuò)散N型金屬氧化物半導(dǎo)體管，包括一個(gè)或一個(gè)以上的管單元，管單元包括漏極金屬，在漏極金屬上設(shè)有作為漏區(qū)的重?fù)诫sN型硅襯底，在硅襯底上設(shè)N型摻雜外延層，在外延層中設(shè)有P型摻雜柱狀半導(dǎo)體區(qū)，在柱狀半導(dǎo)體區(qū)上設(shè)有P型摻雜半導(dǎo)體體區(qū)，在體區(qū)中設(shè)有N型重?fù)诫s半導(dǎo)體源區(qū)和P型重?fù)诫s半導(dǎo)體接觸區(qū)，P型重?fù)诫s半導(dǎo)體接觸區(qū)呈現(xiàn)“十”字形狀，且“十”字形狀的P型重?fù)诫s半導(dǎo)體接觸區(qū)將N型重?fù)诫s半導(dǎo)體源區(qū)分割形成四塊互不連通的塊體。該結(jié)構(gòu)可以在不影響器件導(dǎo)通電阻性能且不增加工藝制造步驟和困難度的基礎(chǔ)上，減少寄生三極管開啟的可能性，從而提高器件的雪崩耐量，進(jìn)一步保證了器件工作在惡劣條件下的可靠性。
文檔編號(hào)H01L29/417GK102299173SQ201110255268
公開日2011年12月28日 申請(qǐng)日期2011年9月1日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月1日
發(fā)明者易揚(yáng)波, 李海松, 王欽, 陳文高, 陶平 申請(qǐng)人:蘇州博創(chuàng)集成電路設(shè)計(jì)有限公司