专利名称：超结纵向双扩散金属氧化物半导体管的制作方法
技术领域：
本发明涉及功率半导体器件领域，更准确的讲，涉及一种硅制高压超结纵向双扩散金属氧化物半导体场效应晶体管。
背景技术：
目前，功率器件在日常生活、生产等领域的应用越来越广泛，特别是功率金属氧化物半导体场效应晶体管，由于它们拥有较快的开关速度、较小的驱动电流、较宽的安全工作区，因此受到了众多研究者们的青睐。在功率金属氧化物半导体场效应晶体管的一类典型应用——无刷电机、马达驱动和汽车电子中，驱动负载大部分均为感性，而且有些拓扑结构中器件不可避免地会工作在非箝位感应开关条件下，从而带来工作在雪崩的状态的可能。 另一方面，随芯片面积的减小和开关频率的增加，施加在功率器件上的功率密度越来越大， 从而对功率器件雪崩耐久性的要求也越来越大。因此，雪崩耐久性已成为功率器件在系统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极管开启，进而二次击穿。当雪崩空穴电流进入P型体区并流经N型源区下方时，相当于寄生三极管的基区电阻上形成压降，如果该压降大于PN结的开启电压，则寄生三极管导通，从而容易导致器件二次击穿。然而，参照图8，传统超结纵向双扩散金属氧化物半导体管中N型源区和P型体接触区为条型版图，流经N型源区下方的电流相对较多，从而使P型体区和N型源区之间的压降容易达到寄生三极管的开启电压，继而失效。传统的改善功率金属氧化物半导体场效应晶体管的雪崩耐久性的方法，对于电流不太大时是可行的；然而当电流密度进一步提高时， 仍会导致功率金属氧化物半导体场效应晶体管内部的寄生三极管导通。本发明即是针对这一问题提出的一种改善雪崩耐久性的一种超结纵向双扩散金属氧化物半导体场效应晶体管。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，提出一种超结纵向双扩散金属氧化物半导体管。该结构可以在不影响器件导通电阻性能且不增加工艺制造步骤和困难度的基础上，减少寄生三极管开启的可能性，从而提高器件的雪崩耐量，进一步保证了器件工作在恶劣条件下的
可靠性。本发明采用如下技术方案
超结纵向双扩散金属氧化物半导体管，包括漏极金属，在漏极金属上设有重掺杂N型硅衬底，作为该芯片的漏区，在重掺杂N型硅衬底上设有N型掺杂外延层，在N型掺杂外延层中设有间断不连续的P型掺杂柱状半导体区，在P型掺杂柱状半导体区上设有P型掺杂半导体体区，且P型掺杂半导体区位于N型掺杂外延层内，在P型掺杂半导体区中设有N型重掺杂半导体源区和P型重掺杂半导体接触区，在N型重掺杂半导体源区和P型重掺杂半导体接触区以外区域设有栅氧化层，在栅氧化层上方设有多晶硅栅，在多晶硅栅上设有氧化层，在N型重掺杂半导体源区和P型重掺杂半导体接触区上连接有源极金属，其特征在于，P型重掺杂半导体接触区左右两侧的突起部分将N型重掺杂半导体源区均分割为三个不连通的块体，且N型重掺杂半导体源区呈现“品”字形状。与现有技术相比，本发明具有如下优点
1)参照图1，本发明的超结纵向双扩散金属氧化物半导体管采用了 P型重掺杂半导体接触7，即P型重掺杂半导体接触区(7)左右两侧的突起部分将N型重掺杂半导体源区(6) 均分割为三个不连通的块体，且N型重掺杂半导体源区(6)呈现“品”字形状。参照图6和图7，本发明结构正常工作时空穴电流大部分P型重掺杂半导体接触区(7)左右两侧的突起部分经过，相对于传统结构提供了更多的泄放路径，从而减小了流经N型重掺杂半导体源区6下方的电流，避免了寄生三极管的开启。参照图10，在7.8 X 10_5秒处附近传统结构的漏源电压急剧下降，漏源电流迅速上升，表明传统结构在7. 8 X 10_5秒后已经进入雪崩状态，然而本发明结构在7. 8X10_5秒后的很长一段时间内漏源电压仍旧维持在高电压，而漏源电流依旧保持下降的趋势，表明本发明结构在7. 8X10_5秒后的时间内仍然能正常工作而未进入雪崩状态，充分说明本发明结构的雪崩耐量得到明显的提升。2)参照图1，本结构中通过适当调整P型重掺杂半导体接触7的宽度Wl和W2，正向导通时，电子电流的路径仍可以发散到整个N型掺杂外延层3中，参照图10，不会对结构的导通电阻产生不良影响。3)其他超结纵向双扩散金属氧化物半导体管采用高能离子注入形成一个很深的 P型重掺杂半导体接触，减小了流经N型重掺杂半导体源区下方的空穴电流，进而提高了器件的雪崩耐久性。然而深P型重掺杂半导体接触容易导致超结纵向双扩散金属氧化物半导体管的电荷不平衡度更严重或是穿通击穿，从而降低了器件的击穿电压。本发明结构从P 型重掺杂半导体接触的版图上加以改进，参照图12 (传统结构和本结构击穿电压的对比曲线示意图)，对器件的耐压性能没有不良影响。
图1是本发明超结纵向双扩散金属氧化物半导体管的三维立体剖面结构示意图。图2是本发明超结纵向双扩散金属氧化物半导体管的三维立体剖面图1中AA'剖面的器件剖面结构图。图3是本发明超结纵向双扩散金属氧化物半导体管的三维立体剖面图2中BB'剖面的器件剖面结构图。图4是本发明超结纵向双扩散金属氧化物半导体管的剖面图2中CC'剖面的器件剖面结构图。图5是本发明超结纵向双扩散金属氧化物半导体管的剖面图2中DD'剖面的器件剖面结构图。图6是本发明超结纵向双扩散金属氧化物半导体管的剖面图4正常工作状态时的空穴电流分布图。图7是本发明超结纵向双扩散金属氧化物半导体管的剖面图5正常工作状态时的空穴电流分布图。图8是传统超结纵向双扩散金属氧化物半导体管的三维立体剖面图。
图9是传统超结纵向双扩散金属氧化物半导体管的三维立体剖面图7中虚线方框内的寄生三极管的示意图。图10是本发明及传统结构的雪崩耐久性曲线对比图。 图11是本发明及传统结构的导通电阻曲线对比图。图12是本发明及传统结构的反向击穿曲线对比图。
具体实施例方式参照图1，超结纵向双扩散金属氧化物半导体管，包括漏极金属1，在漏极金属1 上设有重掺杂N型硅衬底2，作为该芯片的漏区，在重掺杂N型硅衬底2上设有N型掺杂外延层3，在N型掺杂外延层3中设有间断不连续的P型掺杂柱状半导体区4，在P型掺杂柱状半导体区4上设有P型掺杂半导体体区5，且P型掺杂半导体体区5位于N型掺杂外延层 3内，在P型掺杂半导体体区5中设有N型重掺杂半导体源区6和P型重掺杂半导体接触区 7，在N型重掺杂半导体源区6和P型重掺杂半导体接触区7以外区域设有栅氧化层8，在栅氧化层8上方设有多晶硅栅9，在多晶硅栅9上设有氧化层10，在N型重掺杂半导体源区 6和P型重掺杂半导体接触区7上连接有源极金属11，其特征在于，P型重掺杂半导体接触区7左右两侧的突起部分将N型重掺杂半导体源区6均分割为三个不连通的块体，且N型重掺杂半导体源区6呈现“品”字形状。本实施例中还采用如下技术措施来进一步提高本发明的性能
参照图1，P型重掺杂半导体接触区7右侧突起部分的宽度Wl以及左侧突起部分的宽度W2均可调，以获得不同的雪崩耐久性和电流处理能力。位于P型掺杂半导体体区5内的P型重掺杂半导体接触区7的深度大于N型重掺杂半导体源区6的深度。参照图11，在使用了本发明中的P型重掺杂半导体接触区7结构后，器件的开态电流能力，也就是器件的导通电阻，与传统结构相比并没有降低。本发明可以采用如下方法来制备
1、选择一块重掺杂N型硅片作为器件的衬底，然后在重掺杂N型衬底上外延生长一层轻掺杂N型外延层。2、然后在表面注入硼离子，并退火推阱，形成P型体区。3、在N型外延层上采用深槽腐蚀技术进行刻槽，然后填充P型硅，并进行化学机械抛光，形成P型柱。4、生长场氧化层，刻蚀出有源区，再生长栅氧化层。5、淀积多晶硅并刻蚀形成多晶硅栅。6、磷离子注入形成N型源区，然后注入硼离子形成P型体接触区。7、然后进行表面钝化，并刻出接触孔，最后在正反两面都淀积铝，形成漏极金属和源极金属。
权利要求
1.一种超结纵向双扩散金属氧化物半导体管，包括一个或一个以上的管单元，所述的管单元包括漏极金属(1 )，在漏极金属(1)上设有作为漏区的重掺杂N型硅衬底(2)，在重掺杂N型硅衬底(2 )上设有N型掺杂外延层(3 )，在N型掺杂外延层(3 )中设有一排P型掺杂柱状半导体区(4)，在P型掺杂柱状半导体区(4)上设有P型掺杂半导体体区(5)，且P型掺杂半导体体区(5)位于N型掺杂外延层(3)内，在P型掺杂半导体体区(5)中设有N型重掺杂半导体源区(6)和P型重掺杂半导体接触区(7)，在N型重掺杂半导体源区(6)和P型重掺杂半导体接触区(7)以外的N型掺杂外延层(3)表面区域设有栅氧化层(8)，在栅氧化层(8)上方设有多晶硅栅(9)，在多晶硅栅(9)的上方及两侧设有氧化层(10)，在N型重掺杂半导体源区(6)和P型重掺杂半导体接触区(7)上连接有源极金属(11)，其特征在于，P型重掺杂半导体接触区(7)左右两侧的突起部分将N型重掺杂半导体源区(6)均分割为三个不连通的块体，且N型重掺杂半导体源区(6)呈现“品”字形状。
2.根据权利要求1所述的超结纵向双扩散金属氧化物半导体管，其特征在于，位于P型掺杂半导体体区(5)内的P型重掺杂半导体接触区(7)的深度大于N型重掺杂半导体源区 (6)的深度。
全文摘要
一种超结纵向双扩散金属氧化物半导体管，包括一个或一个以上的管单元，管单元包括漏极金属，在漏极金属上设有作为漏区的重掺杂N型硅衬底，在硅衬底上设N型掺杂外延层，在外延层中设有P型掺杂柱状半导体区，在柱状半导体区上设有P型掺杂半导体体区，且体区位于N型掺杂外延层内，在体区中设有N型重掺杂半导体源区和P型重掺杂半导体接触区，在源区和接触区以外的N型掺杂外延层表面区域设有栅氧化层，在栅氧化层上方设有多晶硅栅，在多晶硅栅的上方及两侧设有氧化层，在源区和接触区上连接有源极金属，P型重掺杂半导体接触区左右两侧的突起部分将N型重掺杂半导体源区分割为三个不连通的块体，且N型重掺杂半导体源区呈现“品”字形状。
文档编号H01L29/78GK102403359SQ20111031182
公开日2012年4月4日 申请日期2011年10月15日 优先权日2011年10月15日
发明者孙伟锋, 张龙, 时龙兴, 曹鹏飞, 祝靖, 钱钦松, 陆生礼 申请人:东南大学