專利名稱：一種分裂柵型溝槽功率mos器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及MOS器件版圖邊緣設(shè)計(jì)領(lǐng)域，具體涉及一種應(yīng)用在低、中壓器件中溝槽結(jié)構(gòu)同終端結(jié)構(gòu)連通的分裂柵型溝槽功率MOS器件。
背景技術(shù)：
在20世紀(jì)九十年代，功率溝槽MOS場效應(yīng)晶體管(Power Trench MOSFET)的發(fā)展和工業(yè)化技術(shù)的主要研究方向，主要在最小化低壓功率器件的正向?qū)娮?Ron)。今天， 功率溝槽MOS器件的結(jié)構(gòu)已經(jīng)適用于大多數(shù)功率MOSFET的應(yīng)用中，并且器件的特性不斷地接近硅材料的一維限制(表述了器件漂移區(qū)特征導(dǎo)通電阻和關(guān)斷態(tài)時(shí)擊穿電壓的理論關(guān)系)。降低表面電場REduced SURface Field(RESURF)技術(shù)的提出，可以令擊穿電壓為600V 的功率溝槽MOS器件超過硅材料的一維限制。接著依據(jù)RESURF的工作原理，又出現(xiàn)分裂柵型溝槽(Split-Gate Trench) MOSFET器件結(jié)構(gòu),可以在等比例縮小的30V左右的低壓下超過硅材料的一維限制。因此，分裂柵型溝槽MOS器件在低、中壓(2CT200V)范圍內(nèi)，擁有較低的正向?qū)娮?，占有明顯的優(yōu)勢。
但是，當(dāng)前的分裂柵型溝槽MOSFET器件版圖中的邊緣處設(shè)計(jì)仍然存在問題，從結(jié)構(gòu)上需要多次工藝和多塊光刻板來配合完成，但是仍很難保證器件終端的承受電壓，不僅增加了器件的制作成本，還降低了器件的工作可靠性。
公開號(hào)為US8013391B2 的美國專利《Power Semiconductor Devices With Trenched ShieldedSplit Gate Transistor And Methods Of Manufacture》，公開了分裂柵型溝槽功率MOS器件的元胞結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及器件版圖布局設(shè)計(jì)(該美國專利申請(qǐng)說明書附圖
的圖27)。器件版圖邊緣設(shè)計(jì)原則為有源區(qū)中的溝槽同終端保護(hù)環(huán)平行時(shí)，兩者間距與元胞內(nèi)臺(tái)面寬度等距；終端保護(hù)環(huán)為弧線時(shí)，有源區(qū)中的溝槽同終端保護(hù)環(huán)最近距離，為元胞內(nèi)臺(tái)面的半個(gè)寬度。該器件存在的問題是，器件容易發(fā)生提前擊穿，且擊穿點(diǎn)發(fā)生在最外側(cè)元胞同終端保護(hù)環(huán)之間最近的位置。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種有效提高擊穿電壓的分裂柵型溝槽功率MOS器件。
本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的
分裂柵型溝槽功率MOS器件，有源區(qū)中溝槽結(jié)構(gòu)同終端結(jié)構(gòu)連通，有源區(qū)中的臺(tái)面是兩端為半圓形的長條結(jié)構(gòu)，半圓形的直徑同臺(tái)面寬度相同。
分裂柵型溝槽功率MOS器件的終端保護(hù)環(huán)和分裂柵型溝槽功率MOS器件的元胞結(jié)構(gòu)在同一層光刻板。
本發(fā)明的有益效果在于
本發(fā)明中分裂柵溝槽功率MOS器件為溝槽包圍臺(tái)面結(jié)構(gòu)，這樣可以保證器件的有源區(qū)臺(tái)面結(jié)構(gòu)一致，優(yōu)化器件內(nèi)臺(tái)面結(jié)構(gòu)中的電場分布，從而整體上提高分裂柵型溝槽功率MOS器件的擊穿電壓。附圖說
圖I為已經(jīng)公開的分裂柵型溝槽MOS功率器件版圖的邊緣結(jié)構(gòu)示意圖2為圖I中的A-A'區(qū)域?qū)?yīng)的三維模型；
圖3本發(fā)明公開的分裂柵型溝槽MOS功率器件的版圖邊緣結(jié)構(gòu)示意圖4圖3中的B-B'區(qū)域?qū)?yīng)的三維模型；
圖5圖3中的C-C'橫截面示意圖6本發(fā)明與已有發(fā)明結(jié)構(gòu)的擊穿電壓仿真曲線對(duì)比示意圖7本發(fā)明與已有發(fā)明硅體內(nèi)最大電場強(qiáng)度分布對(duì)比示意圖8本發(fā)明與已有發(fā)明硅體內(nèi)最大碰撞電離率分布對(duì)比示意圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步描述
本發(fā)明提出了分裂柵型溝槽功率MOS器件版圖邊緣設(shè)計(jì)，特別設(shè)計(jì)器件元胞中溝槽結(jié)構(gòu)同終端結(jié)構(gòu)連通，且有源區(qū)中臺(tái)面結(jié)構(gòu)為兩端等直徑半圓的長條結(jié)構(gòu)。在不增加工藝步驟及光刻板的同時(shí)，節(jié)省了工藝步驟，保證器件的擊穿電壓，提高了器件的工作可靠性。
在分裂柵型溝槽功率MOS器件的研究中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)溝槽深度一定時(shí)，分裂柵型溝槽功率MOS器件的擊穿電壓主要受器件有源區(qū)溝槽的間距影響。傳統(tǒng)分裂柵MOS器件，為臺(tái)面包圍溝槽結(jié)構(gòu)，在器件的拐角處，由于終端溝槽同有源區(qū)溝槽間距變化較大(如圖I所示)， 直接影響臺(tái)面中電場分布的平坦化，從而降低分裂柵型溝槽MOS器件的擊穿電壓。而本發(fā)明中分裂柵溝槽功率MOS器件為溝槽包圍臺(tái)面結(jié)構(gòu)，這樣可以保證器件的有源區(qū)臺(tái)面結(jié)構(gòu)一致，優(yōu)化器件內(nèi)臺(tái)面結(jié)構(gòu)中的電場分布，從而整體上提高分裂柵型溝槽功率MOS器件的擊穿電壓。
本發(fā)明中設(shè)計(jì)特點(diǎn)為器件元胞中溝槽結(jié)構(gòu)同終端結(jié)構(gòu)連通，且有源區(qū)中臺(tái)面結(jié)構(gòu)為兩端等直徑半圓的長條結(jié)構(gòu)，具體參照?qǐng)D3所示。
圖3結(jié)構(gòu)，包括301終端溝槽結(jié)構(gòu)、302有源區(qū)溝槽結(jié)構(gòu)、303臺(tái)面結(jié)構(gòu)，且301同 302連通。以C-C'為截線，其橫截面示意圖如圖5所示。包括柵引出電極501、柵電極下部懸浮多晶硅電極502、厚氧化層503、柵電極連接金屬504、源電極505、漂移區(qū)(N-) 506、漏電極507。
圖6給出了本發(fā)明(C)與已有發(fā)明(B)器件結(jié)構(gòu)擊穿電壓模擬仿真的對(duì)比曲線。 從圖中可以看出，同樣縱向器件結(jié)構(gòu)參數(shù)的情況下，本發(fā)明結(jié)構(gòu)擊穿電壓可以達(dá)到118V， 而已有發(fā)明結(jié)構(gòu)擊穿電壓為59V。
圖7給出了本發(fā)明(C)與已有發(fā)明(B)器件結(jié)構(gòu)硅體內(nèi)最大電場分布情況對(duì)比。由圖中可見，本發(fā)明(C)器件結(jié)構(gòu)硅體中電場分布均勻，電場強(qiáng)度隨著靠近厚氧而平緩增大； 已有發(fā)明(B)器件結(jié)構(gòu)硅體中電場強(qiáng)度分布為兩個(gè)峰值，因此導(dǎo)致器件在高壓條件下，提前擊穿。
圖8給出了本發(fā)明(C)與已有發(fā)明(B)器件結(jié)構(gòu)硅體內(nèi)最大碰撞電離率分布對(duì)比。 由圖可見，本發(fā)明(C)器件結(jié)構(gòu)硅體漂移區(qū)中碰撞電離率分布較為均勻；已有發(fā)明(B)器件結(jié)構(gòu)硅體中碰撞電離率主要集中在器件溝道和漂移區(qū)銜接的PN結(jié)處，且電離率較強(qiáng)，令器件提前發(fā)生雪崩擊穿。
分裂柵型溝槽功率MOS器件版圖邊緣設(shè)計(jì)終端。其特征在于有源區(qū)中溝槽結(jié)構(gòu)同終端結(jié)構(gòu)連通，有源區(qū)中臺(tái)面結(jié)構(gòu)為兩端等直徑半圓的長條結(jié)構(gòu)，兩端半圓直徑同臺(tái)面寬度相同。對(duì)比仿真的器件結(jié)構(gòu)示意圖如圖4所示，具體結(jié)構(gòu)參數(shù)為沉底厚度7. Ιμπι，η 型雜質(zhì)濃度為I. 23 X IO1Vcm3 ;溝道區(qū)厚度為O. 5 μ m，ρ型雜質(zhì)濃度為I. 2 X IO1Vcm3 ；Ν+源區(qū)為O. 3 μ m,雜質(zhì)濃度為1.0X IO2Vcm3 ;溝槽深度為7. 4 μ m，其中厚氧厚度為O. 8 μ m，柵氧厚度為400A;元胞間距為5. 6 μ m，臺(tái)面寬度為I. 3 μ m ;元胞同終端保護(hù)環(huán)接觸處半圓直徑為I. 3 μ m。
上述為本發(fā)明特舉之實(shí)施例，并非用以限定本發(fā)明。本發(fā)明提供分裂柵型溝槽功率MOS器件版圖邊緣設(shè)計(jì)同樣適用于普通超結(jié)結(jié)構(gòu)器件以及它們的變體。在不脫離本發(fā)明的實(shí)質(zhì)和范圍內(nèi)，可做些許的調(diào)整和優(yōu)化，本發(fā)明的保護(hù)范圍以權(quán)利要求為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種分裂柵型溝槽功率MOS器件，其特征在于有源區(qū)中溝槽結(jié)構(gòu)同終端結(jié)構(gòu)連通， 有源區(qū)中的臺(tái)面是兩端為半圓形的長條結(jié)構(gòu)，半圓形的直徑同臺(tái)面寬度相同。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種分裂柵型溝槽功率MOS器件，其特征在于所述分裂柵型溝槽功率MOS器件的終端保護(hù)環(huán)和分裂柵型溝槽功率MOS器件的元胞結(jié)構(gòu)在同一層光刻板。
全文摘要
本發(fā)明涉及MOS器件版圖邊緣設(shè)計(jì)領(lǐng)域，具體涉及一種應(yīng)用在低、中壓器件中溝槽結(jié)構(gòu)同終端結(jié)構(gòu)連通的分裂柵型溝槽功率MOS器件。本發(fā)明的分裂柵型溝槽功率MOS器件，有源區(qū)中溝槽結(jié)構(gòu)同終端結(jié)構(gòu)連通，有源區(qū)中的臺(tái)面是兩端為半圓形的長條結(jié)構(gòu)，半圓形的直徑同臺(tái)面寬度相同。本發(fā)明中分裂柵溝槽功率MOS器件為溝槽包圍臺(tái)面結(jié)構(gòu)，這樣可以保證器件的有源區(qū)臺(tái)面結(jié)構(gòu)一致，優(yōu)化器件內(nèi)臺(tái)面結(jié)構(gòu)中的電場分布，從而整體上提高分裂柵型溝槽功率MOS器件的擊穿電壓。
文檔編號(hào)H01L29/06GK102938417SQ201210339050
公開日2013年2月20日 申請(qǐng)日期2012年9月14日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月14日
發(fā)明者王穎, 胡海帆, 焦文利 申請(qǐng)人:哈爾濱工程大學(xué)