CN113363322A - N沟道的沟槽型vdmos和沟槽型igbt - Google Patents

N沟道的沟槽型vdmos和沟槽型igbt Download PDF

Info

Publication number
CN113363322A
CN113363322A CN202010148527.4A CN202010148527A CN113363322A CN 113363322 A CN113363322 A CN 113363322A CN 202010148527 A CN202010148527 A CN 202010148527A CN 113363322 A CN113363322 A CN 113363322A
Authority
CN
China
Prior art keywords
channel
islands
island
type
vdmos
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202010148527.4A
Other languages
English (en)
Other versions
CN113363322B (zh
Inventor
王学良
闵亚能
刘建华
郎金荣
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
GTA Semiconductor Co Ltd
Original Assignee
SHANGHAI ADVANCED SEMICONDUCTO
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by SHANGHAI ADVANCED SEMICONDUCTO filed Critical SHANGHAI ADVANCED SEMICONDUCTO
Priority to CN202010148527.4A priority Critical patent/CN113363322B/zh
Publication of CN113363322A publication Critical patent/CN113363322A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN113363322B publication Critical patent/CN113363322B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/76—Unipolar devices, e.g. field effect transistors
    • H01L29/772—Field effect transistors
    • H01L29/78—Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate
    • H01L29/7801—DMOS transistors, i.e. MISFETs with a channel accommodating body or base region adjoining a drain drift region
    • H01L29/7802—Vertical DMOS transistors, i.e. VDMOS transistors
    • H01L29/7813—Vertical DMOS transistors, i.e. VDMOS transistors with trench gate electrode, e.g. UMOS transistors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/06—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions
    • H01L29/0684—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions characterised by the shape, relative sizes or dispositions of the semiconductor regions or junctions between the regions
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/70—Bipolar devices
    • H01L29/72—Transistor-type devices, i.e. able to continuously respond to applied control signals
    • H01L29/739—Transistor-type devices, i.e. able to continuously respond to applied control signals controlled by field-effect, e.g. bipolar static induction transistors [BSIT]
    • H01L29/7393—Insulated gate bipolar mode transistors, i.e. IGBT; IGT; COMFET
    • H01L29/7395—Vertical transistors, e.g. vertical IGBT
    • H01L29/7396—Vertical transistors, e.g. vertical IGBT with a non planar surface, e.g. with a non planar gate or with a trench or recess or pillar in the surface of the emitter, base or collector region for improving current density or short circuiting the emitter and base regions
    • H01L29/7397—Vertical transistors, e.g. vertical IGBT with a non planar surface, e.g. with a non planar gate or with a trench or recess or pillar in the surface of the emitter, base or collector region for improving current density or short circuiting the emitter and base regions and a gate structure lying on a slanted or vertical surface or formed in a groove, e.g. trench gate IGBT

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Metal-Oxide And Bipolar Metal-Oxide Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
  • Insulated Gate Type Field-Effect Transistor (AREA)

Abstract

本发明公开了一种N沟道的沟槽型VDMOS和沟槽型IGBT，其中，N沟道的沟槽型VDMOS包括p base区，所述p base区的沟道内埋有至少一个n岛，所述n岛为n型区，所述n型区采用n型半导体元素形成。本发明提供的N沟道的沟槽型VDMOS和沟槽型IGBT，通过在器件的p base区的沟道内埋设n岛，能够有效调整器件的Vth的范围并且一致性更好。n岛的数量取决于具体的应用需求，相对而言，埋入的n岛的数量越多，器件的Vth值越低。

Description

N沟道的沟槽型VDMOS和沟槽型IGBT
技术领域
本发明属于集成电路技术领域，特别涉及一种N沟道的沟槽(Trench)型VDMOS(vertical double-diffused metal oxide semiconductor field effect transistor，垂直双扩散金属氧化物半导体场效应晶体管)和沟槽型IGBT(Insulated Gate BipolarTransistor，绝缘栅双极型晶体管)。
背景技术
图1为现有技术中N沟道的沟槽型VDMOS的元胞结构的切面示意图，包括polysilicon gate(多晶硅栅)、Source(源级)、Drain(漏极)。另外，还包括从下至上处于Drain的金属层之上的n区、n drift(n型漂移区)、n drift之上中间位置沿polysilicongate的两侧及底侧形成的gate oxide(栅氧化层)、n drift之上位于gate oxide两侧对称设置的p base(p基区)、每个p base的上层与gate oxide相邻之处设置的n+源区、每个pbase的上层与n+源区相邻之处设置的p+体区以及处于Source的金属层和polysilicongate之间的ILD(绝缘层)。
图2为现有技术中N沟道的沟槽型IGBT的元胞结构的切面示意图，包括polysilicon gate、Cathode(阴极)、Anode(阳极)。另外，还包括从下至上处于Anode的金属层之上的p区、n drift、n drift之上中间位置沿polysilicon gate的两侧及底侧形成的gate oxide、n drift之上位于gate oxide两侧对称设置的p base、每个p base的上层与gate oxide相邻之处设置的n+阴极区、每个p base的上层与n+阴极区相邻之处设置的p+体区以及处于Cathode的金属层和polysilicon gate之间的ILD。
Vth(开启电压)是VDMOS器件和IGBT器件的一个重要参数，当栅源电压大于Vth时，栅极下面的p base表面的电子浓度会高于空穴浓度，使得P型半导体反型为N型而形成反型层，从而进一步形成N沟道。如何调节器件的Vth的大小及一致性一直是业界关注的问题。
现有技术中调控Vth大小多从p base的浓度和栅氧厚度着手。从p base的浓度调整，其Vth的可调范围受限于LATCH UP(抗闩锁)能力；而从栅氧厚度调节的方式其Vth的可调范围受限于栅氧工艺技术。如何有效调整N沟道的沟槽型VDMOS和沟槽型IGBT的Vth的可控范围以及一致性是急需解决的问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中调整N沟道的沟槽型VDMOS和沟槽型IGBT的Vth的可控范围以及一致性有待提高的缺陷，提供一种能够有效调整器件的Vth的范围并且一致性更好的N沟道的沟槽型VDMOS和沟槽型IGBT。
本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题：
本发明第一方面提供了一种N沟道的沟槽型VDMOS，包括p base区，所述p base区的沟道内埋有至少一个n岛，所述n岛为n型区，所述n型区采用n型半导体元素形成。
本方案中，通过在p base区的沟道内埋设n岛，能够有效调整器件的Vth的范围并且一致性更好。可以利用器件的不同层的光刻板在适当层制作时形成n岛，也就是说，本方案对n岛的具体制作步骤不作限定，只要最终生成的n岛的位置处于p base区的沟道内即可。n岛的数量取决于具体的应用需求，相对而言，埋入的n岛的数量越多，N沟道的沟槽型VDMOS的Vth值越低。一致性一方面体现在同一个晶圆上的N沟道的沟槽型VDMOS的Vth趋于一致，另外一方面体现在加入n岛的N沟道的沟槽型VDMOS的Vth值更加符合预期值。
较佳地，所述n型半导体元素包括氢元素、五族元素中的至少一种。
本方案中，n型半导体元素可以为五族元素，如磷、砷等；也可以为氢元素。
较佳地，所述p base区的沟道内埋有多个所述n岛，多个所述n岛间隔设置。
本方案中，n岛的数量有多个，多个n岛成间隔设置。通过调节n岛之间的间距、元素的剂量以及结深实现对需要的Vth的值的范围及一致性的调节。
较佳地，每个所述n岛采用氢元素、五族元素中的至少一种形成。
本方案中，多个n岛中每个采用的元素可以相同，也可以不相同。
本发明第二方面提供了一种N沟道的沟槽型IGBT，包括p base区，所述p base区的沟道内埋有至少一个n岛，所述n岛为n型区，所述n型区采用n型半导体元素形成。
本方案中，通过在p base区的沟道内埋设n岛，能够有效调整器件的Vth的范围并且一致性更好。可以利用器件的不同层的光刻板在适当层制作时形成n岛，也就是说，本方案对n岛的具体制作步骤不作限定，只要最终生成的n岛的位置处于p base区的沟道内即可。n岛的数量取决于具体的应用需求，相对而言，埋入的n岛的数量越多，N沟道的沟槽型IGBT的Vth值越低。一致性一方面体现在同一个晶圆上的N沟道的沟槽型IGBT的Vth趋于一致，另外一方面体现在加入n岛的N沟道的沟槽型IGBT的Vth值更加符合预期值。
较佳地，所述n型半导体元素包括氢元素、五族元素中的至少一种。
本方案中，n型半导体元素可以为五族元素，如磷、砷等；也可以为氢元素。
较佳地，所述p base区的沟道内埋有多个所述n岛，多个所述n岛间隔设置。
本方案中，n岛的数量有多个，多个n岛成间隔设置。通过调节n岛之间的间距、元素的剂量以及结深实现对需要的Vth的值的范围及一致性的调节。
较佳地，每个所述n岛采用氢元素、五族元素中的至少一种形成。
本方案中，多个n岛中每个采用的元素可以相同，也可以不相同。
本发明的积极进步效果在于：
本发明提供的N沟道的沟槽型VDMOS和沟槽型IGBT，通过在器件的p base区的沟道内埋设n岛，能够有效调整器件的Vth的范围并且一致性更好。n岛的数量取决于具体的应用需求，相对而言，埋入的n岛的数量越多，器件的Vth值越低。
附图说明
图1为现有技术中N沟道的沟槽型VDMOS的元胞结构的切面示意图。
图2为现有技术中N沟道的沟槽型IGBT的元胞结构的切面示意图。
图3为本发明实施例1的N沟道的沟槽型VDMOS的元胞结构的切面示意图。
图4为本发明实施例2的N沟道的沟槽型IGBT的元胞结构的切面示意图。
具体实施方式
下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。
实施例1
本实施例提供了一种N沟道的沟槽型VDMOS，图3为该N沟道的沟槽型VDMOS的元胞结构的切面示意图，包括polysilicon gate、Source、Drain。另外，还包括从下至上处于Drain的金属层之上的n区1、n drift、n drift之上中间位置沿polysilicon gate的两侧及底侧形成的gate oxide、n drift之上位于gate oxide两侧对称设置的p base、每个p base的上层与gate oxide相邻之处设置的n+源区3、每个p base的上层与n+源区3相邻之处设置的p+体区2以及处于Source的金属层和polysilicon gate之间的ILD。本实施例中，p base区的沟道内埋有至少一个n岛4，n岛4为n型区，n型区采用n型半导体元素形成。其中，n型半导体元素包括氢元素、五族元素中的至少一种。
本实施例中，n型半导体元素可以为五族元素，如磷、砷等；也可以为氢元素。
本实施例中，p base区的沟道内埋有多个n岛4，多个n岛4间隔设置。每个n岛4采用氢元素、五族元素中的至少一种形成。通过调节n岛4之间的间距、元素的剂量以及结深实现对需要的Vth的值的范围及一致性的调节。本实施例中，多个n岛4中每个采用的元素可以相同，也可以不相同。
本实施例中，通过在p base区的沟道内埋设n岛4，能够有效调整器件的Vth的范围并且一致性更好。可以利用器件的不同层的光刻板在适当层制作时形成n岛4，也就是说，本实施例对n岛4的具体制作步骤不作限定，只要最终生成的n岛4的位置处于p base区的沟道内即可。n岛4的数量取决于具体的应用需求，相对而言，埋入的n岛4的数量越多，N沟道的沟槽型VDMOS的Vth值越低。一致性一方面体现在同一个晶圆上的N沟道的沟槽型VDMOS的Vth趋于一致，另外一方面体现在加入n岛4的N沟道的沟槽型VDMOS的Vth值更加符合预期值。
实施例2
本实施例提供了一种N沟道的沟槽型IGBT，图4为该N沟道的沟槽型IGBT的元胞结构的切面示意图，包括polysilicon gate、Cathode、Anode。另外，还包括从下至上处于Anode的金属层之上的p区5、n drift、n drift之上中间位置沿polysilicon gate的两侧及底侧形成的gate oxide、n drift之上位于gate oxide两侧对称设置的p base、每个p base的上层与gate oxide相邻之处设置的n+阴极区7、每个p base的上层与n+阴极区7相邻之处设置的p+体区6以及处于Cathode的金属层和polysilicon gate之间的ILD。本实施例中，pbase区的沟道内埋有至少一个n岛8，n岛8为n型区，n型区采用n型半导体元素形成。其中，n型半导体元素包括氢元素、五族元素中的至少一种。
本实施例中，n型半导体元素可以为五族元素，如磷、砷等；也可以为氢元素。
本实施例中，p base区的沟道内埋有多个n岛8，多个n岛8间隔设置。每个n岛8采用氢元素、五族元素中的至少一种形成。通过调节n岛8之间的间距、元素的剂量以及结深实现对需要的Vth的值的范围及一致性的调节。本实施例中，多个n岛8中每个采用的元素可以相同，也可以不相同。
本实施例中，通过在p base区的沟道内埋设n岛8，能够有效调整器件的Vth的范围并且一致性更好。可以利用器件的不同层的光刻板在适当层制作时形成n岛8，也就是说，本实施例对n岛8的具体制作步骤不作限定，只要最终生成的n岛8的位置处于p base区的沟道内即可。n岛8的数量取决于具体的应用需求，相对而言，埋入的n岛8的数量越多，N沟道的沟槽型IGBT的Vth值越低。一致性一方面体现在同一个晶圆上的N沟道的沟槽型IGBT的Vth趋于一致，另外一方面体现在加入n岛8的N沟道的沟槽型IGBT的Vth值更加符合预期值。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种N沟道的沟槽型VDMOS，包括p base区，其特征在于，所述p base区的沟道内埋有至少一个n岛，所述n岛为n型区，所述n型区采用n型半导体元素形成。
2.如权利要求1所述的N沟道的沟槽型VDMOS，其特征在于，所述n型半导体元素包括氢元素、五族元素中的至少一种。
3.如权利要求1所述的N沟道的沟槽型VDMOS，其特征在于，所述p base区的沟道内埋有多个所述n岛，多个所述n岛间隔设置。
4.如权利要求3所述的N沟道的沟槽型VDMOS，其特征在于，每个所述n岛采用氢元素、五族元素中的至少一种形成。
5.一种N沟道的沟槽型IGBT，包括p base区，其特征在于，所述p base区的沟道内埋有至少一个n岛，所述n岛为n型区，所述n型区采用n型半导体元素形成。
6.如权利要求5所述的N沟道的沟槽型IGBT，其特征在于，所述n型半导体元素包括氢元素、五族元素中的至少一种。
7.如权利要求5所述的N沟道的沟槽型IGBT，其特征在于，所述p base区的沟道内埋有多个所述n岛，多个所述n岛间隔设置。
8.如权利要求7所述的N沟道的沟槽型IGBT，其特征在于，每个所述n岛采用氢元素、五族元素中的至少一种形成。
CN202010148527.4A 2020-03-05 2020-03-05 N沟道的沟槽型vdmos和沟槽型igbt Active CN113363322B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010148527.4A CN113363322B (zh) 2020-03-05 2020-03-05 N沟道的沟槽型vdmos和沟槽型igbt

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010148527.4A CN113363322B (zh) 2020-03-05 2020-03-05 N沟道的沟槽型vdmos和沟槽型igbt

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN113363322A true CN113363322A (zh) 2021-09-07
CN113363322B CN113363322B (zh) 2023-12-08

Family

ID=77523740

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010148527.4A Active CN113363322B (zh) 2020-03-05 2020-03-05 N沟道的沟槽型vdmos和沟槽型igbt

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN113363322B (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114628496A (zh) * 2022-05-13 2022-06-14 江苏游隼微电子有限公司 一种多沟槽功率mosfet结构及其制作方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0452817A1 (en) * 1990-04-20 1991-10-23 Kabushiki Kaisha Toshiba Semiconductor device with MOS-transistors and method of manufacturing the same
JP2000156498A (ja) * 1998-11-20 2000-06-06 Naoto Matsuo 電界効果型半導体装置およびその製造方法
US20090283823A1 (en) * 2007-08-10 2009-11-19 Rohm Co., Ltd. Semiconductor device and method of manufacturing semiconductor device
CN109728097A (zh) * 2018-12-29 2019-05-07 中山汉臣电子科技有限公司 一种功率半导体mos器件及其制备方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0452817A1 (en) * 1990-04-20 1991-10-23 Kabushiki Kaisha Toshiba Semiconductor device with MOS-transistors and method of manufacturing the same
JP2000156498A (ja) * 1998-11-20 2000-06-06 Naoto Matsuo 電界効果型半導体装置およびその製造方法
US20090283823A1 (en) * 2007-08-10 2009-11-19 Rohm Co., Ltd. Semiconductor device and method of manufacturing semiconductor device
CN109728097A (zh) * 2018-12-29 2019-05-07 中山汉臣电子科技有限公司 一种功率半导体mos器件及其制备方法

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114628496A (zh) * 2022-05-13 2022-06-14 江苏游隼微电子有限公司 一种多沟槽功率mosfet结构及其制作方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN113363322B (zh) 2023-12-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7372100B2 (en) Semiconductor device
JP4132102B2 (ja) 高いブレークダウン電圧と低いオン抵抗を兼ね備えたトレンチ型ｍｏｓｆｅｔ
TWI459562B (zh) 交錯柱超接面
KR100929714B1 (ko) 감소된 밀러 용량을 갖는 모스 게이트 트랜지스터
CN109920854B (zh) Mosfet器件
US10020388B2 (en) Insulated gate bipolar transistor including charge injection regions
US20070034941A1 (en) Deep N diffusion for trench IGBT
US6768170B2 (en) Superjunction device with improved avalanche capability and breakdown voltage
JP2005505921A (ja) フローティングアイランド電圧維持層を有する半導体パワーデバイス
KR20100064263A (ko) 반도체 소자 및 이의 제조 방법
CN102194818B (zh) 一种基于p型外延层的bcd集成器件及其制造方法
US20090273031A1 (en) Semiconductor device
KR100317458B1 (ko) 선형 전류-전압특성을 가진 반도체 소자
US9123549B2 (en) Semiconductor device
US20100102381A1 (en) Power semiconductor device
CN102751332A (zh) 耗尽型功率半导体器件及其制造方法
US20070063269A1 (en) Trench IGBT with increased short circuit capability
CN113517332A (zh) 基于圆柱型超结区的复杂超结半导体器件及其制备方法
CN113363322B (zh) N沟道的沟槽型vdmos和沟槽型igbt
CN109065623A (zh) 一种碳化硅金属氧化物半导体场效应晶体管及其制造方法
CN111697058B (zh) 半导体器件
US20210083061A1 (en) High Density Power Device with Selectively Shielded Recessed Field Plate
CN113363308B (zh) P沟道的沟槽型vdmos和沟槽型igbt
KR100638992B1 (ko) 높은 브레이크다운 전압 및 향상된 온저항 특성을 갖는수평형 디모스 트랜지스터
CN113363318B (zh) N沟道的平面型vdmos和平面型igbt

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
TA01 Transfer of patent application right

Effective date of registration: 20211110

Address after: 201306 No. 600, Yunshui Road, Lingang xinpian District, pilot Free Trade Zone, Pudong New Area, Shanghai

Applicant after: Shanghai Jita Semiconductor Co.,Ltd.

Address before: 200233 No. 385, Hongcao Road, Xuhui District, Shanghai

Applicant before: SHANGHAI ADVANCED SEMICONDUCTO

TA01 Transfer of patent application right
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant