專利名稱：一種具有p型埋層的超結(jié)縱向雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于半導(dǎo)體功率器件技術(shù)領(lǐng)域，涉及快速開關(guān)的硅制高壓功率器件，特別適用于娃制超結(jié)縱向雙擴(kuò)散金屬氧化物場效應(yīng)晶體管(SuperjunctionVDMOS,即超結(jié)VDM0S，一下均簡寫為超結(jié)VDM0S)，更具體的說，涉及一種可以快速開關(guān)、超低損耗的硅制超結(jié)VDMOS的結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
目前，功率器件在日常生活、生產(chǎn)等領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛，特別是功率金屬氧化 物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管，由于它們擁有較快的開關(guān)速度、較小的驅(qū)動(dòng)電流、較寬的安全工作區(qū)，因此受到了眾多研究者們的青睞。如今，功率器件正向著提高工作電壓、増加工作電流、減小導(dǎo)通電阻、加快開關(guān)速度和集成化的方向發(fā)展。在眾多的功率金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管器件中，尤其是在縱向功率金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管中，超結(jié)半導(dǎo)體功率器件的發(fā)明，它克服傳統(tǒng)功率金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管導(dǎo)通電阻與擊穿電壓之間的矛盾，改變了傳統(tǒng)功率器件依靠漂移層耐壓的結(jié)構(gòu)，而是采用了ー種“超結(jié)結(jié)構(gòu)”——P型、N型硅半導(dǎo)體材料在漂移區(qū)相互交替排列的形式。這種結(jié)構(gòu)改善了擊穿電壓和導(dǎo)通電阻不易同時(shí)兼顧的情況，在截止態(tài)時(shí)，由于P型柱和N型柱中的耗盡區(qū)電場產(chǎn)生相互補(bǔ)償效應(yīng)，使P型柱和N型柱的摻雜濃度可以做得很高而不會(huì)引起器件擊穿電壓的下降。導(dǎo)通時(shí)，這種高濃度的摻雜器件的導(dǎo)通電阻明顯降低。由于超結(jié)縱向雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管的這種獨(dú)特器件結(jié)構(gòu)，使它的電性能明顯優(yōu)于傳統(tǒng)功率金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管，因此這種技術(shù)被人們稱為功率金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管技術(shù)上的ー個(gè)里程碑。功率器件不僅在國防、航天、航空等尖端技術(shù)領(lǐng)域倍受青睞，在エ業(yè)，民用家電等領(lǐng)域也同樣為人們所重視。隨著功率器件的日益發(fā)展，其可靠性也已經(jīng)成為人們普遍關(guān)注的焦點(diǎn)。功率器件為電子設(shè)備提供所需形式的電源和電機(jī)設(shè)備提供驅(qū)動(dòng)，幾乎一切電子設(shè)備和電機(jī)設(shè)備都需用到功率器件，所以對(duì)器件可靠性的研究有著至關(guān)重要的意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了ー種具有P型埋層的超結(jié)縱向雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體管，所涉及的結(jié)構(gòu)能減小柵極和漏極之間的電容，加快器件的開關(guān)速度，減小器件開關(guān)過程的損耗。本發(fā)明提供如下技術(shù)方案ー種具有P型埋層的超結(jié)縱向雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體管，包括兼做漏區(qū)的N型摻雜娃襯底、N型摻雜娃外延層、超結(jié)結(jié)構(gòu),所述的N型摻雜娃外延層設(shè)在N型摻雜娃襯底上，超結(jié)結(jié)構(gòu)設(shè)在N型硅摻雜半導(dǎo)體區(qū)上，所述的超結(jié)結(jié)構(gòu)由相互間隔的P型柱和N型柱組成，在P型柱上有第一 P型摻雜半導(dǎo)體區(qū)，且第一 P型摻雜半導(dǎo)體區(qū)位于N型摻雜外延層內(nèi)，在第一 P型摻雜半導(dǎo)體區(qū)中設(shè)有第二 P型重?fù)诫s半導(dǎo)體接觸區(qū)和N型重?fù)诫s半導(dǎo)體源區(qū)，在N型柱上設(shè)有柵氧化層，在柵氧化層上方設(shè)有多晶硅柵，在多晶硅柵上設(shè)有第一型氧化層，在第二 P型重?fù)诫s半導(dǎo)體接觸區(qū)和N型重?fù)诫s半導(dǎo)體源區(qū)上連接有源極金屬，在N型柱表面有輕摻雜的P型埋層，且P型埋層在N型柱內(nèi)。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)I、本發(fā)明結(jié)構(gòu)在傳統(tǒng)的超結(jié)結(jié)構(gòu)N型柱表面設(shè)有P型埋層，P型埋層位于柵極氧化層下方，所述的P型埋層能夠減小超結(jié)縱向雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體管在漏極電壓較低時(shí)的柵漏極電容，加快了器件的開關(guān)速度，減小了器件的開關(guān)損耗。


圖I是本發(fā)明內(nèi)容所涉及的ー種具有P型埋層的超結(jié)縱向雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體管的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是傳統(tǒng)的超結(jié)縱向雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體管的結(jié)構(gòu)示意圖。 圖3是本發(fā)明內(nèi)容所涉及的ー種具有P型埋層的超結(jié)縱向雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體管與傳統(tǒng)超結(jié)縱向雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體管的柵漏極電容隨漏極電壓的變化曲線對(duì)比圖。
具體實(shí)施例方式ー種具有P型埋層的超結(jié)縱向雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體管，包括兼做漏區(qū)的N型摻雜硅襯底I、N型摻雜硅外延層2、超結(jié)結(jié)構(gòu)3，所述的N型摻雜硅外延層2設(shè)在N型摻雜硅襯底I上，超結(jié)結(jié)構(gòu)3設(shè)在N型硅摻雜半導(dǎo)體區(qū)2上，所述的超結(jié)結(jié)構(gòu)3由相互間隔的P型柱4和N型柱5組成，在P型柱上有第一 P型摻雜半導(dǎo)體區(qū)6，且第一 P型摻雜半導(dǎo)體區(qū)6位于N型摻雜外延層2內(nèi)，在第一 P型摻雜半導(dǎo)體區(qū)6中設(shè)有第二 P型重?fù)诫s半導(dǎo)體接觸區(qū)13和N型重?fù)诫s半導(dǎo)體源區(qū)12，在N型柱5上設(shè)有柵氧化層8，在柵氧化層8上方設(shè)有多晶硅柵9，在多晶硅柵9上設(shè)有第一型氧化層10，在第二 P型重?fù)诫s半導(dǎo)體接觸區(qū)13和N型重?fù)诫s半導(dǎo)體源區(qū)12上連接有源極金屬11，在N型柱表面有輕摻雜的P型埋層7，且P型埋層7在N型柱內(nèi)。P型埋層7的厚度和寬度可調(diào)節(jié)，取決于柵極與漏極之間電容的大小。P型埋層7的摻雜濃度可以調(diào)節(jié)，取決于擊穿電壓與柵極和漏極之間電容的大小，在本實(shí)施例中，P型埋層的厚度為I納米 10微米，P型埋層的寬度為10納米 50微米，P型埋層的摻雜濃度為 1E3/cm3 lE25/cm3。下面參照附圖，對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
作出更詳細(xì)的說明圖3是本發(fā)明內(nèi)容所涉及的ー種具有P型埋層的超結(jié)縱向雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體管與傳統(tǒng)超結(jié)縱向雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體管的柵漏極電容隨漏端電壓變化的曲線。圖中橫坐標(biāo)為漏極電壓大小，縱坐標(biāo)為柵漏極電容大小，實(shí)線所示為本發(fā)明內(nèi)容所涉及的一種具有P型埋層的超結(jié)縱向雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體管的柵漏極電容隨漏端電壓變化的曲線，虛線所示為傳統(tǒng)超結(jié)縱向雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體管的柵漏極電容隨漏端電壓變化的曲線，本發(fā)明內(nèi)容所涉及的ー種具有P型埋層的超結(jié)縱向雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體管的柵漏極電容在漏端電壓為零時(shí)的大小位于圖3中A點(diǎn)，傳統(tǒng)超結(jié)縱向雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體管的柵漏極電容在漏端電壓為零時(shí)的大小位于圖3中B點(diǎn)，可以從圖中看出，A點(diǎn)值的大小大于B點(diǎn)值的大小，這就使得本發(fā)明內(nèi)容所涉及的ー種具有P型埋層的超結(jié)縱向雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體管的柵漏極電容的變化速度比傳統(tǒng)超結(jié)縱向雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體管的柵漏極電容的變化速 度快，因此本發(fā)明內(nèi)容所涉及的ー種具有P型埋層的超結(jié)縱向雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體管的損耗小于傳統(tǒng)超結(jié)縱向雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體管的損耗。
權(quán)利要求
1.ー種具有P型埋層的超結(jié)縱向雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體管，包括兼做漏區(qū)的N型摻雜娃襯底(I)、N型摻雜娃外延層(2)、超結(jié)結(jié)構(gòu)(3),所述的N型摻雜娃外延層(2)設(shè)在N型摻雜硅襯底(I)上，超結(jié)結(jié)構(gòu)(3)設(shè)在N型硅摻雜半導(dǎo)體區(qū)(2)上，所述的超結(jié)結(jié)構(gòu)(3)由相互間隔的P型柱(4)和N型柱(5)組成，在P型柱上有第一 P型摻雜半導(dǎo)體區(qū)￠)，且第一 P型摻雜半導(dǎo)體區(qū)(6)位于N型摻雜外延層(2)內(nèi)，在第一 P型摻雜半導(dǎo)體區(qū)(6)中設(shè)有第二 P型重?fù)诫s半導(dǎo)體接觸區(qū)(13)和N型重?fù)诫s半導(dǎo)體源區(qū)(12)，在N型柱(5)上設(shè)有柵氧化層(8)，在柵氧化層(8)上方設(shè)有多晶硅柵(9)，在多晶硅柵(9)上設(shè)有第一型氧化層(10)，在第二 P型重?fù)诫s半導(dǎo)體接觸區(qū)(13)和N型重?fù)诫s半導(dǎo)體源區(qū)(12)上連接有源極金屬(11)，其特征在于，在N型柱表面有輕摻雜的P型埋層(7)，且P型埋層(7)在N型柱內(nèi)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的具有P型埋層的超結(jié)縱向雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體管，其特征在干，P型埋層(7)的厚度為I納米 10微米。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的具有P型埋層的超結(jié)縱向雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體管，其特征在干，P型埋層(7)的寬度為10納米 50微米。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的具有P型埋層的超結(jié)縱向雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體管，其特征在于，P型埋層(7)的摻雜濃度為lE3/cm3 lE25/cm3。
全文摘要
一種具有P型埋層的超結(jié)縱向雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體管，包括兼做漏區(qū)的N型摻雜硅襯底、N型摻雜硅外延層、超結(jié)結(jié)構(gòu)，所述的N型摻雜硅外延層設(shè)在N型摻雜硅襯底上，超結(jié)結(jié)構(gòu)設(shè)在N型硅摻雜半導(dǎo)體區(qū)上，所述的超結(jié)結(jié)構(gòu)由相互間隔的P型柱和N型柱組成，在P型柱上有第一P型摻雜半導(dǎo)體區(qū)，且第一P型摻雜半導(dǎo)體區(qū)位于N型摻雜外延層內(nèi)，在第一P型摻雜半導(dǎo)體區(qū)中設(shè)有第二P型重?fù)诫s半導(dǎo)體接觸區(qū)和N型重?fù)诫s半導(dǎo)體源區(qū)，其特征在于，在N型柱表面有輕摻雜的P型埋層，且P型埋層在N型柱內(nèi)。
文檔編號(hào)H01L29/78GK102646711SQ20121010101
公開日2012年8月22日 申請(qǐng)日期2012年4月6日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月6日
發(fā)明者孫偉鋒, 張龍, 時(shí)龍興, 楊卓, 祝靖, 錢欽松, 陸生禮 申請(qǐng)人:東南大學(xué)