專利名稱：一種超級結(jié)mosfet元器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種超級結(jié)MOSFET元器件。
背景技術(shù)：
功率半導(dǎo)體器件是不斷發(fā)展的功率-電子系統(tǒng)的內(nèi)在驅(qū)動力，尤其是在節(jié)約能源、動態(tài)控制、噪音減少等方面。功率半導(dǎo)體器件主要應(yīng)用于對能源與負(fù)載之間的能量進(jìn)行控制，并且應(yīng)當(dāng)擁有精度高、速度快和功耗低的特點(diǎn)。在功率電路中，功率半導(dǎo)體器件(特別是M0SFET，簡稱為M0S)主要用作開關(guān)器件，由于它 是多子器件，所以其開關(guān)功耗相對較小。而它的通態(tài)功耗則比較高，要降低通態(tài)功耗，就必須減小導(dǎo)通電阻Rdsm。因此，功率半導(dǎo)體器件要進(jìn)一步發(fā)展，就必須降低導(dǎo)通電阻Rdsm。研究表明，對于理想N溝功率MOS元器件(即Rdson只考慮漂移層電阻Rd)，導(dǎo)通電阻Rdsm與擊穿電壓Vb之間的關(guān)系為Rdson = 5.93 X IQ-9Vi3 ⑴導(dǎo)通電阻受擊穿電壓限制而存在一個(gè)極限一稱之為“硅極限”(SiliconLimit)，而無法再降低。20世紀(jì)80年代末90年代初，一種新概念的提出打破了“硅極限”，它可以同時(shí)得到低通態(tài)功耗和高開關(guān)速度。這一概念經(jīng)過演化和完善之后，得到了 “超級結(jié)理論，，(Super Junction Theory)02000年和2001年，陳星弼教授又先后發(fā)表論文，進(jìn)一步分析了導(dǎo)通電阻Rdsm與擊穿電壓Vb的關(guān)系，得出Rdsori avf32 (2)這一結(jié)果與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)非常接近，可以用于對超級結(jié)結(jié)構(gòu)的三維分析計(jì)算。并且在理論上定量地證明了，在相同擊穿電壓下，超級結(jié)MOSFET比傳統(tǒng)MOSFET的導(dǎo)通電阻顯著降低，可以突破娃極限。超級結(jié)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(gè)數(shù)量級；此外，由于垂直方向上插入P型區(qū)，可以補(bǔ)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(gè)橫向電場，使pn結(jié)耗盡。當(dāng)電壓達(dá)到一定值時(shí)，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Rdsm可以大大降低，比傳統(tǒng)的功率器件下降了 5倍。同樣，我們可以在相同的擊穿電壓Vb、相同的導(dǎo)通電阻Rdsm下使用更小的管芯面積，從而減小柵電荷，提高開關(guān)頻率。由于超級結(jié)器件是多子器件，因此，該器件沒有IGBT晶體管的電流拖尾現(xiàn)象，所以，超級結(jié)器件可以同時(shí)得到低通態(tài)功耗和高開關(guān)速度。然而，高壓功率器件通常會受到結(jié)曲率效應(yīng)的影響而導(dǎo)致電場在結(jié)附近聚集，通常利用耐壓環(huán)來降低pn結(jié)的曲率效應(yīng)。而終端耐壓環(huán)一般在四個(gè)角上會采用四分之一圓弧形來代替直角，這是因?yàn)閳A柱形擴(kuò)散區(qū)比矩形、三角形及菱形擴(kuò)散區(qū)有較高的擊穿電壓，傳統(tǒng)的超級結(jié)終端耐壓環(huán)在加反向偏壓的情況下，有源區(qū)與分壓環(huán)的耗盡區(qū)均會延展，將電壓加到一定數(shù)值時(shí)，有源區(qū)中的pn結(jié)會完全耗盡，起到一個(gè)電壓支持的作用。然而，由于超級結(jié)有源區(qū)P型Si與N型Si特殊的條狀結(jié)構(gòu)，在有源區(qū)pn結(jié)耗盡的同時(shí)，有源區(qū)與終端分壓環(huán)的連接處并不會同時(shí)耗盡，這會導(dǎo)致超級結(jié)提前在連接處擊穿，大大降低器件的擊穿電壓。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的一個(gè)目的在于克服超級結(jié)MOSFET元器件的有源區(qū)與終端區(qū)的連接處不能同時(shí)耗盡的不足，提供了一種有源區(qū)與終端區(qū)的連接處同時(shí)耗盡的超級結(jié)MOSFET元器件?！N超級結(jié)MOSFET兀器件,包括第一導(dǎo)電類型的娃襯底,設(shè)置在娃襯底其中一面的第一導(dǎo)電類型的外延層，在所述第一導(dǎo)電類型的外延層中間區(qū)域上形成有源區(qū)，圍繞有源區(qū)還形成有終端區(qū)，在有源區(qū)上設(shè)有多個(gè)并行排列且間距相等的溝槽，在溝槽中填充有第二導(dǎo)電類型硅，在終端區(qū)內(nèi)環(huán)繞有源區(qū)形成有多條四角具有圓弧且間距相等的方形溝道，所述方形溝道內(nèi)填充第二導(dǎo)電類型硅，所述位于方形溝道內(nèi)的第二導(dǎo)電類型硅形成終端耐壓環(huán)，所述溝槽與其相鄰的終端耐壓環(huán)的間距分別與相鄰溝槽之間的間距、相鄰方形溝道之間的間距相等，所述接近終端耐壓環(huán)的至少一條溝槽兩端的形狀設(shè)置為圓弧，所述溝槽的弧與終端耐壓環(huán)的為同心圓弧。進(jìn)一步地，在終端區(qū)內(nèi)環(huán)繞有源區(qū)形成有多條四角具有四分之一圓弧，所述接近終端耐壓環(huán)的至少一條溝槽兩端的形狀設(shè)置為四分之一圓弧，所述溝槽的四分之一圓弧與終端耐壓環(huán)的四分之一圓弧為同心圓弧。進(jìn)一步地，兩端形狀設(shè)置為四分之一圓弧的溝槽個(gè)數(shù)為X，
權(quán)利要求1.一種超級結(jié)MOSFET兀器件,其特征在于,包括第一導(dǎo)電類型的娃襯底,設(shè)置在娃襯底其中一面的第一導(dǎo)電類型的外延層，在所述第一導(dǎo)電類型的外延層中間區(qū)域上形成有源區(qū)，圍繞有源區(qū)還形成有終端區(qū)，在有源區(qū)上設(shè)有多個(gè)并行排列且間距相等的溝槽，在溝槽中填充有第二導(dǎo)電類型硅，在終端區(qū)內(nèi)環(huán)繞有源區(qū)形成有多條四角具有圓弧且間距相等的方形溝道，所述方形溝道內(nèi)填充第二導(dǎo)電類型硅，所述位于方形溝道內(nèi)的第二導(dǎo)電類型硅形成終端耐壓環(huán)，所述溝槽與其相鄰的終端耐壓環(huán)的間距分別與相鄰溝槽之間的間距、相鄰方形溝道之間的間距相等，所述接近終端耐壓環(huán)的至少一條溝槽兩端的形狀設(shè)置為圓弧，所述溝槽的弧與終端耐壓環(huán)的為同心圓弧。
2.如權(quán)利要求1所述的超級結(jié)MOSFET元器件，其特征在于，在終端區(qū)內(nèi)環(huán)繞有源區(qū)形成有多條四角具有四分之一圓弧，所述接近終端耐壓環(huán)的至少一條溝槽兩端的形狀設(shè)置為四分之一圓弧，所述溝槽的四分之一圓弧與終端耐壓環(huán)的四分之一圓弧為同心圓弧。
3.如權(quán)利要求1所述的超級結(jié)MOSFET元器件，其特征在于，兩端形狀設(shè)置為四分之一圓弧的溝槽個(gè)數(shù)為X，X = +— C，其中，r為四分之一圓弧的曲率半徑，d為相鄰終端耐d十a(chǎn)壓環(huán)之間的間距，a為終端耐壓環(huán)的寬度，c為終端耐壓環(huán)5的個(gè)數(shù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的超級結(jié)MOSFET元器件，其特征在于，所述第一導(dǎo)電類型硅與第二導(dǎo)電類型的外延層形成交替的第一導(dǎo)電類型區(qū)和第二導(dǎo)電類型區(qū)，所述相鄰的終端耐壓環(huán)之間的間距與相鄰第一導(dǎo)電類型區(qū)的間距相等。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的超級結(jié)MOSFET元器件，其特征在于，所述第一導(dǎo)電類型為P 型，所述第二導(dǎo)電類型為N型。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的超級結(jié)MOSFET元器件，其特征在于，所述第一導(dǎo)電類型區(qū)為 N型，所述第二導(dǎo)電類型區(qū)為P型。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的超級結(jié)MOSFET元器件，其特征在于，所述終端耐壓環(huán)與P型區(qū)的深寬比均為4:1。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超級結(jié)MOSFET元器件，其特征在于，所述有源區(qū)內(nèi)的溝槽的寬度與方形溝道的寬度相同，溝槽的深度和方形溝道深度相同。
9.根據(jù)權(quán)利要求1-8任意一項(xiàng)所述的超級結(jié)MOSFET元器件，其特征在于，所述溝槽的寬度為4-6微米。
10.根據(jù)權(quán)利要求1-8任意一項(xiàng)所述的超級結(jié)MOSFET元器件，其特征在于，相鄰溝槽間距為6-10微米。
11.根據(jù)權(quán)利要求2所述的超級結(jié)MOSFET元器件，其特征在于，所述終端耐壓環(huán)的四分之一圓弧的曲率半徑范圍為200微米-300微米。
專利摘要本實(shí)用新型提供一種超級結(jié)MOSFET元器件，將與終端耐壓環(huán)相鄰四分之一圓弧相鄰的溝槽設(shè)計(jì)成同心圓的圓弧，將有源區(qū)與終端耐壓環(huán)之間的間隔處處相等，通過對超級結(jié)的優(yōu)化，器件在加反向偏壓的時(shí)候，超級結(jié)的有源區(qū)和終端耐壓環(huán)以及二者之間的連接處可以同時(shí)耗盡，電場在整個(gè)超級結(jié)中的分布也更加均勻，從而獲得比現(xiàn)有超級結(jié)MOSFET結(jié)構(gòu)更大的擊穿電壓。
文檔編號H01L29/78GK202839620SQ20122006939
公開日2013年3月27日 申請日期2012年2月29日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月29日
發(fā)明者曾愛平, 鐘樹理, 朱超群, 陳宇 申請人:比亞迪股份有限公司