专利名称：一种超级结mosfet元器件的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种超级结MOSFET元器件。
背景技术：
功率半导体器件是不断发展的功率-电子系统的内在驱动力，尤其是在节约能源、动态控制、噪音减少等方面。功率半导体器件主要应用于对能源与负载之间的能量进行控制，并且应当拥有精度高、速度快和功耗低的特点。在功率电路中，功率半导体器件(特别是M0SFET，简称为M0S)主要用作开关器件，由于它 是多子器件，所以其开关功耗相对较小。而它的通态功耗则比较高，要降低通态功耗，就必须减小导通电阻Rdsm。因此，功率半导体器件要进一步发展，就必须降低导通电阻Rdsm。研究表明，对于理想N沟功率MOS元器件(即Rdson只考虑漂移层电阻Rd)，导通电阻Rdsm与击穿电压Vb之间的关系为Rdson = 5.93 X IQ-9Vi3 ⑴导通电阻受击穿电压限制而存在一个极限一称之为“硅极限”(SiliconLimit)，而无法再降低。20世纪80年代末90年代初，一种新概念的提出打破了“硅极限”，它可以同时得到低通态功耗和高开关速度。这一概念经过演化和完善之后，得到了 “超级结理论，，(Super Junction Theory)02000年和2001年，陈星弼教授又先后发表论文，进一步分析了导通电阻Rdsm与击穿电压Vb的关系，得出Rdsori avf32 (2)这一结果与实验数据非常接近，可以用于对超级结结构的三维分析计算。并且在理论上定量地证明了，在相同击穿电压下，超级结MOSFET比传统MOSFET的导通电阻显著降低，可以突破娃极限。超级结结构导通过程中只有多数载流子一电子，而没有少数载流子的参与，因此，其开关损耗与传统的功率MOSFET相同，而且其电压支持层的杂质掺杂浓度可以提高将近一个数量级；此外，由于垂直方向上插入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。由于掺杂浓度的大幅提高，在相同的击穿电压下，导通电阻Rdsm可以大大降低，比传统的功率器件下降了 5倍。同样，我们可以在相同的击穿电压Vb、相同的导通电阻Rdsm下使用更小的管芯面积，从而减小栅电荷，提高开关频率。由于超级结器件是多子器件，因此，该器件没有IGBT晶体管的电流拖尾现象，所以，超级结器件可以同时得到低通态功耗和高开关速度。然而，高压功率器件通常会受到结曲率效应的影响而导致电场在结附近聚集，通常利用耐压环来降低pn结的曲率效应。而终端耐压环一般在四个角上会采用四分之一圆弧形来代替直角，这是因为圆柱形扩散区比矩形、三角形及菱形扩散区有较高的击穿电压，传统的超级结终端耐压环在加反向偏压的情况下，有源区与分压环的耗尽区均会延展，将电压加到一定数值时，有源区中的pn结会完全耗尽，起到一个电压支持的作用。然而，由于超级结有源区P型Si与N型Si特殊的条状结构，在有源区pn结耗尽的同时，有源区与终端分压环的连接处并不会同时耗尽，这会导致超级结提前在连接处击穿，大大降低器件的击穿电压。
发明内容本实用新型的一个目的在于克服超级结MOSFET元器件的有源区与终端区的连接处不能同时耗尽的不足，提供了一种有源区与终端区的连接处同时耗尽的超级结MOSFET元器件。—种超级结MOSFET兀器件,包括第一导电类型的娃衬底,设置在娃衬底其中一面的第一导电类型的外延层，在所述第一导电类型的外延层中间区域上形成有源区，围绕有源区还形成有终端区，在有源区上设有多个并行排列且间距相等的沟槽，在沟槽中填充有第二导电类型硅，在终端区内环绕有源区形成有多条四角具有圆弧且间距相等的方形沟道，所述方形沟道内填充第二导电类型硅，所述位于方形沟道内的第二导电类型硅形成终端耐压环，所述沟槽与其相邻的终端耐压环的间距分别与相邻沟槽之间的间距、相邻方形沟道之间的间距相等，所述接近终端耐压环的至少一条沟槽两端的形状设置为圆弧，所述沟槽的弧与终端耐压环的为同心圆弧。进一步地，在终端区内环绕有源区形成有多条四角具有四分之一圆弧，所述接近终端耐压环的至少一条沟槽两端的形状设置为四分之一圆弧，所述沟槽的四分之一圆弧与终端耐压环的四分之一圆弧为同心圆弧。进一步地，两端形状设置为四分之一圆弧的沟槽个数为X，
权利要求1.一种超级结MOSFET兀器件,其特征在于,包括第一导电类型的娃衬底,设置在娃衬底其中一面的第一导电类型的外延层，在所述第一导电类型的外延层中间区域上形成有源区，围绕有源区还形成有终端区，在有源区上设有多个并行排列且间距相等的沟槽，在沟槽中填充有第二导电类型硅，在终端区内环绕有源区形成有多条四角具有圆弧且间距相等的方形沟道，所述方形沟道内填充第二导电类型硅，所述位于方形沟道内的第二导电类型硅形成终端耐压环，所述沟槽与其相邻的终端耐压环的间距分别与相邻沟槽之间的间距、相邻方形沟道之间的间距相等，所述接近终端耐压环的至少一条沟槽两端的形状设置为圆弧，所述沟槽的弧与终端耐压环的为同心圆弧。
2.如权利要求1所述的超级结MOSFET元器件，其特征在于，在终端区内环绕有源区形成有多条四角具有四分之一圆弧，所述接近终端耐压环的至少一条沟槽两端的形状设置为四分之一圆弧，所述沟槽的四分之一圆弧与终端耐压环的四分之一圆弧为同心圆弧。
3.如权利要求1所述的超级结MOSFET元器件，其特征在于，两端形状设置为四分之一圆弧的沟槽个数为X，X = +— C，其中，r为四分之一圆弧的曲率半径，d为相邻终端耐d十a压环之间的间距，a为终端耐压环的宽度，c为终端耐压环5的个数。
4.根据权利要求2所述的超级结MOSFET元器件，其特征在于，所述第一导电类型硅与第二导电类型的外延层形成交替的第一导电类型区和第二导电类型区，所述相邻的终端耐压环之间的间距与相邻第一导电类型区的间距相等。
5.根据权利要求4所述的超级结MOSFET元器件，其特征在于，所述第一导电类型为P 型，所述第二导电类型为N型。
6.根据权利要求4所述的超级结MOSFET元器件，其特征在于，所述第一导电类型区为 N型，所述第二导电类型区为P型。
7.根据权利要求6所述的超级结MOSFET元器件，其特征在于，所述终端耐压环与P型区的深宽比均为4:1。
8.根据权利要求1所述的超级结MOSFET元器件，其特征在于，所述有源区内的沟槽的宽度与方形沟道的宽度相同，沟槽的深度和方形沟道深度相同。
9.根据权利要求1-8任意一项所述的超级结MOSFET元器件，其特征在于，所述沟槽的宽度为4-6微米。
10.根据权利要求1-8任意一项所述的超级结MOSFET元器件，其特征在于，相邻沟槽间距为6-10微米。
11.根据权利要求2所述的超级结MOSFET元器件，其特征在于，所述终端耐压环的四分之一圆弧的曲率半径范围为200微米-300微米。
专利摘要本实用新型提供一种超级结MOSFET元器件，将与终端耐压环相邻四分之一圆弧相邻的沟槽设计成同心圆的圆弧，将有源区与终端耐压环之间的间隔处处相等，通过对超级结的优化，器件在加反向偏压的时候，超级结的有源区和终端耐压环以及二者之间的连接处可以同时耗尽，电场在整个超级结中的分布也更加均匀，从而获得比现有超级结MOSFET结构更大的击穿电压。
文档编号H01L29/78GK202839620SQ20122006939
公开日2013年3月27日 申请日期2012年2月29日 优先权日2012年2月29日
发明者曾爱平, 钟树理, 朱超群, 陈宇 申请人:比亚迪股份有限公司