CN102117830A - 半绝缘柱超结mosfet结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种半绝缘柱超结MOSFET结构，该结构包括：衬底重掺杂区(8)；位于衬底重掺杂区(8)之上的外延漂移区(9)；位于衬底重掺杂区(8)之上且分别位于外延漂移区(9)两侧的半绝缘柱区(7)；在外延漂移区(9)上部两侧分别形成的阱区(6)；在阱区(6)上部形成的源区(4)和阱接触浓注入区(5)；在外延漂移区(9)之上且位于两个源区(4)之间的栅极(1)；覆盖于栅极(1)及源区(4)、阱接触浓注入区(5)和半绝缘柱区(7)之上的绝缘层(2)；以及位于栅极(1)两侧可以向源区(4)和阱接触重注入区(5)施加电位的接触孔(3)。利用本发明，解决了传统纵向超结MOSFET结构工艺实现难度大、成本高、反向恢复特性不好的问题。

Description

半绝缘柱超结MOSFET结构

技术领域

本发明涉及半导体器件技术领域，尤其涉及一种半绝缘柱超结MOSFET结构。

背景技术

如图1所示，图1是传统的纵向超结N型DMOSFET结构的示意图。传统的纵向超结N型DMOSFET结构利用P型硅柱形成的电荷补偿原理，可以在保证击穿电压的同时，提高外延漂移层的掺杂浓度，因而，相对于传统的纵向DMOSFET可以显著降低单位面积的导通电阻，有利于系统微型化、高开关频率、低电路寄生、高效率和低成本，是功率开关元件领域的研发热点。

但是传统的纵向超结MOSFET结构存在制造工艺难度大的缺点。通常采用的制造工艺之一是采用外延生长和离子注入交替进行的方式来形成P型硅柱，增加了制造成本并降低了成品率。另外一种制造工艺是通过挖槽后再外延P柱的方式，也存在外延晶格质量控制难题。另外，上述两种制造工艺都存在P型区，N型区浓度分布的匹配和控制难点。

发明内容

(一)要解决的技术问题

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种半绝缘柱超结MOSFET结构，以解决传统纵向超结NMOSFET结构工艺实现难度大、成本高、反向恢复特性不好的问题。

(二)技术方案

为达到上述目的，本发明提供了一种半绝缘柱超结MOSFET结构，该结构包括：

衬底重掺杂区8；

位于衬底重掺杂区8之上的外延漂移区9；

位于衬底重掺杂区8之上且分别位于外延漂移区9两侧的半绝缘柱区7；

在外延漂移区9上部两侧分别形成的阱区6；

在阱区6上部形成的源区4和阱接触浓注入区5；

在外延漂移区9之上且位于两个源区4之间的栅极1；

覆盖于栅极1及源区4、阱接触浓注入区5和半绝缘柱区7之上的绝缘层2；以及

位于栅极1两侧可以向源区4和阱接触重注入区5施加电位的接触孔3。

上述方案中，所述半绝缘柱区7是单一材料结构，或者是半绝缘材料和绝缘材料的复合结构。

上述方案中，所述半绝缘柱区7是半绝缘材料和绝缘材料的复合结构时，半绝缘材料层位于靠外延漂移区9的一侧。

上述方案中，所述半绝缘材料为掺氧多晶硅，该掺氧多晶硅中氧原子含量在15～35％之间。

上述方案中，当该结构用于纵向N型DMOSFET结构时，在外延漂移区9进行N型掺杂。

上述方案中，当该结构用于纵向P型DMOSFET结构时，在外延漂移区9进行P型掺杂。

上述方案中，该纵向N型或P型DMOSFET结构是平面型结构，或者是槽栅结构。

(三)有益效果

从上述技术方案可以看出，本发明具有以下有益效果：

1、本发明还提供的这种半绝缘柱超结MOSFET结构，工艺可行性高，成本低，其制造工艺可以通过外延后挖槽，然后填充半绝缘材料，例如掺氧多晶硅等实现半绝缘柱区。

2、本发明还提供的这种半绝缘柱超结MOSFET结构，半绝缘材料的晶格状态可以是非晶或微晶，这样就回避了P性硅柱外延需要完整晶体外延的工艺控制难度，同时也回避了传统超结NMOSFET的P柱区和N外延漂移区在工艺热过程中掺杂原子对向相互扩散造成的掺杂分步控制问题。

3、本发明还提供的这种半绝缘柱超结MOSFET结构，采用半绝缘层由于取代了传统纵向超结NMOSFET结构中P性硅柱区，也可以降低反向恢复电荷总量，改善反向恢复特性。

4、本发明还提供的这种半绝缘柱超结MOSFET结构，也适用于PMOSFET，N型或P型IGBT结构中。

附图说明

图1是传统的纵向超结N型DMOSFET结构的示意图；

图2是本发明提供的半绝缘柱超结MOSFET结构的示意图，平面型；

图2中，1为栅极，2为绝缘层，3为接触孔，4为源区，5为阱接触浓注入区，6为阱区，7为半绝缘柱区，8为衬底重掺杂区，9为外延漂移区。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。

针对传统的纵向超结MOSFET结构存在的缺点，如果将P型硅柱换成半绝缘材料，当器件施加反向偏压时，由于半绝缘层的微弱导电作用，在半绝缘柱内纵向电压可以近似线性分布，漂移层区内电场强度分布会受到邻近半绝缘柱电场分布的影响，使漂移区内电场强度分布得到改善，变化梯度变缓，起到增强耐压作用，因此器件设计上在保证耐压的同时可以提高漂移区浓度，降低导通电阻。

如图2所示，图2是本发明提供的半绝缘柱超结MOSFET结构的示意图，该结构包括：

衬底重掺杂区8；

位于衬底重掺杂区8之上的外延漂移区9；

位于衬底重掺杂区8之上且分别位于外延漂移区9两侧的半绝缘柱区7；

在外延漂移区9上部两侧分别形成的阱区6；

在阱区6上部形成的源区4和阱接触浓注入区5；

在外延漂移区9之上且位于两个源区4之间的栅极1；

覆盖于栅极1及源区4、阱接触浓注入区5和半绝缘柱区7之上的绝缘层2；以及

位于栅极1两侧可以向源区4和阱接触重注入区5施加电位的接触孔3。

其中，半绝缘柱区7是单一材料结构，或者是半绝缘材料和绝缘材料的复合结构。半绝缘柱区7是半绝缘材料和绝缘材料的复合结构时，半绝缘材料层位于靠外延漂移区9的一侧。半绝缘材料为掺氧多晶硅，该掺氧多晶硅中氧原子含量在15～35％之间。

本发明提供的半绝缘柱超结MOSFET结构当用于纵向N型DMOSFET结构时，在外延漂移区9进行N型掺杂。本发明提供的半绝缘柱超结MOSFET结构也可以是纵向P型DMOSFET结构，此时是在外延漂移区9进行P型掺杂。该纵向N型或P型DMOSFET结构是平面型结构，或者是槽栅结构。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种半绝缘柱超结MOSFET结构，其特征在于，该结构包括：

衬底重掺杂区(8)；

位于衬底重掺杂区(8)之上的外延漂移区(9)；

位于衬底重掺杂区(8)之上且分别位于外延漂移区(9)两侧的半绝缘柱区(7)；

在外延漂移区(9)上部两侧分别形成的阱区(6)；

在阱区(6)上部形成的源区(4)和阱接触浓注入区(5)；

在外延漂移区(9)之上且位于两个源区(4)之间的栅极(1)；

覆盖于栅极(1)及源区(4)、阱接触浓注入区(5)和半绝缘柱区(7)之上的绝缘层(2)；以及

位于栅极(1)两侧可以向源区(4)和阱接触重注入区(5)施加电位的接触孔(3)。

2.根据权利要求1所述的半绝缘柱超结MOSFET结构，其特征在于，所述半绝缘柱区(7)是单一材料结构，或者是半绝缘材料和绝缘材料的复合结构。

3.根据权利要求2所述的半绝缘柱超结MOSFET结构，其特征在于，所述半绝缘柱区(7)是半绝缘材料和绝缘材料的复合结构时，半绝缘材料层位于靠外延漂移区(9)的一侧。

4.根据权利要求1、2或3所述的半绝缘柱超结MOSFET结构，其特征在于，所述半绝缘材料为掺氧多晶硅，该掺氧多晶硅中氧原子含量在15～35％之间。

5.根据权利要求1所述的半绝缘柱超结MOSFET结构，其特征在于，当该结构用于纵向N型DMOSFET结构时，在外延漂移区(9)进行N型掺杂。

6.根据权利要求1所述的半绝缘柱超结MOSFET结构，其特征在于，当该结构用于纵向P型DMOSFET结构时，在外延漂移区(9)进行P型掺杂。

7.根据权利要求5或6所述的半绝缘柱超结MOSFET结构，其特征在于，该纵向N型或P型DMOSFET结构是平面型结构，或者是槽栅结构。

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