一种平面式功率MOSFET器件的闸汲端夹止结构的制作方法

一种平面式功率mosfet器件的闸汲端夹止结构
技术领域
1.本发明属于电子元器件领域，特别涉及一种平面式功率mosfet器件的闸汲端夹止结构。


背景技术：

2.随着全球科技使用量的增加，所有产业的制造商都在不断推动提升高阶性能，同时尝试在产品高阶性能方案与产品可靠性方案之间达成平衡。技术人员面临着平衡设计复杂性、可靠性和成本这一难题。从保护组件的角度来讲，会给组件增加额外的成本，否则无法实现对组件的保护以达到产品的可靠性及安全性。因此，如果组件本身的耐电流或耐电压的能力足够高，或者组件本身就有保护功能就可以大大的减少成本。
3.对于功率组件的金属氧化物半导体场效晶体管（power mosfet）而言，产品的应用端虽然可理解成一个简单开关，但却有承载大电压及大电流的风险，因此也是最容易遭到破坏的组件，对被保护的需求也十分迫切。如图1所示，现有技术通过在power mosfet组件闸汲极端加上一个夹止二极管(clamped diode)，从而增加其组件本身的雪崩崩溃(uis)耐电流能力，当组件应用在电感性负载时便可避免大电流的产生破坏组件本身。但因为其二极管的结构皆以整片多晶硅做在组件的终端区以连接闸汲极，其组件的逆向崩溃电压皆会受到影响而不足，因而只能用于中低电压的mosfet组件。


技术实现要素：

4.针对现有技术中存在的问题，本发明公开了一种平面式功率mosfet器件的闸汲端夹止结构，在终端区多晶硅以环绕方式从内圈的闸极端连接到外围的汲极端，加以间隔方式掺杂硼及磷形成多重的pn结构，阱区对外延部份的电荷平衡影响甚微，因而逆向崩溃电压不易改变，从而保证产品的可靠性和耐压性。
5.本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：一种平面式功率mosfet器件的闸汲端夹止结构，设置在终端区上方，包括多晶硅层、汲极金属层、闸极金属层、介电层和场氧化层，其中，所述场氧化层位于终端区上表面，所述多晶硅层位于所述场氧化层上表面，所述介电层位于所述场氧化层上表面，且包覆所述多晶硅层，所述闸极金属层和所述汲极金属层均位于所述介电层上表面，且所述闸极金属层沿终端区内圈设置，所述汲极金属层沿终端区外圈设置，所述多晶硅层一端自内圈闸极金属层逐圈连续环绕至另一端与外圈汲极金属层连接，其中，所述多晶硅层的一端通过金属接触孔与闸极金属层连接，所述多晶硅层的另一端通过金属接触孔与汲极金属层连接；所述多晶硅层包括若干n型多晶硅层和若干p型多晶硅层，所述p型多晶硅层和n型多晶硅层连续相互交错设置。
6.优选地，所述p型多晶硅层的布值材料为硼，且硼的整体浓度为10
13 cm-2
等级，且所述p型多晶硅层的长度为50-300um。
7.优选地，所述n型多晶硅层的布值材料为磷，且磷的整体浓度为10
14 cm-2
等级，且所述n型多晶硅层的长度为50-300μm。
8.优选地，所述场氧化层的厚度为1.0-2.5μm。
9.优选地，所述多晶硅层的厚度为0.5-1.0μm。
10.优选地，所述终端区的结构为虚设环结构，在n型外延层内形成若干间隔排列的第一p-阱区，所述第一p-阱区的布值材料为硼，且硼的整体浓度为10
13 cm-2
等级。
11.优选地，所述终端区的结构为jte结构，在n型外延层内形成第一p-阱区。
12.优选地，所述终端区的结构为vld结构，在n型外延层内形成第一p-阱区，所述第一p-阱区的底边为多弧形结构。
13.有益效果：本发明公开了一种平面式功率mosfet器件的闸汲端夹止结构，具有如下优点：1）本发明在终端区多晶硅以环绕方式从内圈的闸极端连接到外围的汲极端，加以间隔方式掺杂硼及磷形成多重的pn结构，搭配jte(junction termination extension)结构或者vld(variation of lateral doping)结构，对组件的逆向崩溃电压的影响甚微，从而保证产品的可靠性和耐压性。
14.2）本发明中采用逐圈连续环绕结构，使得多晶硅层有更多的长度去形成二极管的pn结，从而具有较高的耐电压，对闸汲极端有更好的保护。
15.3）本发明中通过在组件内增加闸汲端夹止结构，提高组件本身的雪崩耐电流及雪崩耐电压的能力，使得组件本身就有保护功能，大大减少了成本。
附图说明
16.图1为现有的功率 mosfet组件的夹止二极管示意图；图2为实施例1中闸汲端夹止结构俯视图；图3为图2中a-a’截面的终端区结构示意图；图4为实施例1中步骤s1完成后的示意图；图5为实施例1中步骤s2完成后的示意图；图6为实施例1中步骤s3完成后的示意图；图7为实施例1中步骤s4完成后的示意图；图8为实施例1中步骤s5完成后的示意图；图9为实施例1中步骤s6完成后的示意图，即为图2中b-b’截面的结构示意图；图10为实施例2的终端区结构示意图；图11为实施例3的终端区结构示意图；图中：n型外延层1、第一p-阱区2、场氧化层3、闸极氧化层3-1、多晶硅层4、p型多晶硅层4-1、n型多晶硅层4-2、第二p-阱区5、介电层6、汲极金属层7-1、闸极金属层7-2、源极金属层7-3、不掺杂多晶硅层8。
具体实施方式
17.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不
用于限定本发明。
18.实施例1如图9所示，一种具有闸汲端夹止结构的平面式功率mosfet器件，包括：n型外延层1，在n型外延层1内形成第一p-阱区2和第二p-阱区5，且第一p-阱区2与第二p-阱区5一体连接，其中，第一p-阱区2位于终端区，第二p-阱区5位于主动区，所述第一p-阱区2的布值材料为硼，且硼的整体浓度为10
13 cm-2
等级，所述第二p-阱区5的布值材料为硼，且硼的整体浓度为10
15
cm-2
等级；场氧化层3，场氧化层3位于终端区的n型外延层1上表面，且场氧化层3的厚度为1.0-2.5μm；闸极氧化层3-1，所述闸极氧化层3-1位于主动区的n型外延层1上表面，所述闸极氧化层3-1的厚度为0.05
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0.12μm；多晶硅层4，所述多晶硅层4位于终端区的场氧化层3上表面及主动区的闸极氧化层3-1上表面，且多晶硅层4的厚度为0.5-1.0μm，位于终端区的多晶硅层4包括若干n型多晶硅层4-2和若干p型多晶硅层4-1，且所述p型多晶硅层4-1和n型多晶硅层4-2连续相互交错设置，位于主动区的多晶硅层4为n型多晶硅层4-2。其中，所述p型多晶硅层4-1的布值材料为硼，且硼的整体浓度为10
13 cm-2
等级，且所述p型多晶硅层4-1的长度为50-300um；所述n型多晶硅层4-2的布值材料为磷，且磷的整体浓度为10
14 cm-2
等级，且所述n型多晶硅层4-2的长度为50-300μm；介电层6，所述介电层6位于所述场氧化层3和主动区上表面，且包覆多晶硅层4；汲极金属层7-1，所述汲极金属层7-1位于介电层6上表面，所述汲极金属层7-1沿终端区外圈设置，汲极金属层7-1通过介电层6上的金属接触孔与n型多晶硅层4-2接触；闸极金属层7-2，所述闸极金属层7-2位于介电层6上表面，所述闸极金属层7-2沿终端区内圈设置，闸极金属层7-2通过介电层6上的金属接触孔与n型多晶硅层4-2接触；源极金属层7-3，所述源极金属层7-3位于介电层6上表面，源极金属层7-3通过介电层6上的金属接触孔与第二p-阱区5接触。
19.如图2-图3所示，n型多晶硅层4-2 和p型多晶硅层4-1以连续相互交错方式自内圈闸极金属层7-2逐圈连续环绕至另一端与外圈汲极金属层7-1连接。
20.本实施例1所述的具有闸汲端夹止结构的平面式功率mosfet器件的具体制备步骤如下：s1：利用一层光刻板及离子布值工艺在n型外延层1上形成终端区的第一p-阱区2，接着以湿式氧化方法在900℃-1100℃高温环境下在n型外延层1上表面生长出场氧化层3，再利用一层光刻板在场氧化层3蚀刻出主动区，如图4所示；s2：以干式氧化方法在800℃-1000℃的环境下，在主动区生长出闸极氧化层3-1，之后在闸极氧化层3-1和场氧化层3表面沉积不掺杂多晶硅层8，如图5所示；s3：随后采用光刻板在主动区及终端区蚀刻出所需不掺杂多晶硅层8，最后采用离子布值工艺将硼离子植入不掺杂多晶硅层8和主动区的n型外延层1内，使得不掺杂多晶硅层8形成p型多晶硅层4-1及在主动区形成第二p-阱区5，如图6所示；s4：采用一层光刻板定义出要掺杂磷离子的p型多晶硅层4-1，将p型多晶硅层4-1转换成n型多晶硅层4-2，如图7所示；
s5：在终端区和主动区沉积介电层6，且所述介电层6包覆p型多晶硅层4-1、n型多晶硅层4-2和场氧化层3，如图8所示；s6：使用一层光刻板在主动区和终端区的介电层6上蚀刻出金属接触孔，最后在介电层6上表面和金属接触孔内沉积金属铝形成金属层，并采用光刻板蚀刻出汲极金属层7-1、闸极金属层7-2和源极金属层7-3，其中，汲极金属层7-1通过金属接触孔与n型多晶硅层4-2接触，闸极金属层7-2通过金属接触孔与n型多晶硅层4-2接触，源极金属层7-3通过金属接触孔与第二p-阱区5接触，如图9所示。
21.本实施例1中提及的沉积工艺、蚀刻工艺、离子布值工艺、干式氧化方法和湿式氧化方法均为现有技术，可由本领域技术人员根据实际需求调整工艺参数。
22.实施例2实施例2中的闸汲端夹止结构与实施例1相同，其终端区的结构为vld结构，如图10所示，在n型外延层1内形成第一p-阱区2，所述第一p-阱区2的底边为多弧形结构。
23.实施例3实施例3中的闸汲端夹止结构与实施例1相同，其终端区的结构为虚设环结构，如图11所示，在n型外延层内形成若干间隔排列的第一p-阱区2。
24.本发明中闸汲端夹止结构适用于任一种现有的功率金属氧化物半场效晶体管，只要实现多晶硅层4自内圈闸极金属层7-2逐圈连续环绕至另一端与外圈汲极金属层7-1连接,同时将多晶硅层4设计成若干n型多晶硅层4-2和若干p型多晶硅层4-1连续相互交错设置即可。
25.本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。