CN115579398B - 一种带有深接触孔的屏蔽栅功率器件 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种带有深接触孔的屏蔽栅功率器件。本发明包括从下到上依次设置的第一导电类型硅衬底、第一导电类型外延层、第二导电类型体区、第一导电类型源区、绝缘介质层和源极金属，在所述绝缘介质层内设有深接触孔，所述深接触孔向下穿透绝缘介质层、第一导电类型源区、第二导电类型体区，进入第一导电类型外延层内，在所述深接触孔内从下到上依次设置绝缘填充物、第二导电类型多晶硅填充物与源极金属，所述源极金属分别和第一导电类型源区、第二导电类型体区与第二导电类型多晶硅填充物欧姆接触。本发明能够降低屏蔽栅功率器件的导通电阻。
Description
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，具体地说是一种带有深接触孔的屏蔽栅功率器件。
背景技术
在中低压领域，屏蔽栅功率器件的导通电阻处于目前硅基功率器件中最好的水平，如图3所示，为传统的屏蔽栅功率器件的剖面结构示意图，以N型屏蔽栅功率器件为例，包括从下到上依次设置的N型硅衬底1、N型外延层2、P型体区3、N型源区4、绝缘介质层10和源极金属11，所述N型硅衬底1接漏极电位，所述源极金属11接源极电位，所述N型源区4内设有互相平行的深沟槽5，所述深沟槽5向下穿透N型源区4与P型体区3，进入N型外延层2内，所述深沟槽5内设有接源极电位的屏蔽栅多晶硅7与接栅极电位的栅极多晶硅8，所述栅极多晶硅8位于深沟槽5的顶部，与N型源区4、P型体区3与N型外延层2之间设有栅氧层9，所述屏蔽栅多晶硅7与N型外延层2之间设有场氧层6，在所述绝缘介质层10内设有接触孔15，所述接触孔15向下穿透绝缘介质层10与N型源区4，进入P型体区3内，所述源极金属11填充满接触孔15，和N型源区4与P型体区3欧姆接触。
如图4所示，虚线为沿着图3中的虚线BB’截得的传统屏蔽栅功率器件击穿时的电场分布图，位于深沟槽5中部的电场强度C明显低于靠近源极一侧与漏极一侧的电场强度，电场分布呈现两头高中间低的形貌，深沟槽5中部区域没有充分起到耐压的作用。在相同的击穿电压条件下，图4中的电场分布曲线从左至右的宽度越窄，代表器件的N型外延层2可以越薄，器件的导通电阻也可以越低。
需要在传统屏蔽栅功率器件结构的基础上提出一种改进结构，能够使得深沟槽5中部区域能够充分起到耐压的作用，减小电场分布曲线从左至右的宽度，提高器件的耐压效率，降低导通电阻。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种带有深接触孔的屏蔽栅功率器件，能够提高器件耐压效率并降低导通电阻。
按照本发明提供的技术方案，一种带有深接触孔的屏蔽栅功率器件，包括从下到上依次设置的第一导电类型硅衬底、第一导电类型外延层、第二导电类型体区、第一导电类型源区、绝缘介质层和源极金属，所述第一导电类型硅衬底接漏极电位，所述源极金属接源极电位，所述第一导电类型源区内设有互相平行的深沟槽，所述深沟槽向下穿透第一导电类型源区与第二导电类型体区，进入第一导电类型外延层内，所述深沟槽内设有接源极电位的屏蔽栅多晶硅与接栅极电位的栅极多晶硅，所述栅极多晶硅位于深沟槽的顶部，所述栅极多晶硅分别与第一导电类型源区、第二导电类型体区以及第一导电类型外延层之间设有栅氧层，所述屏蔽栅多晶硅与第一导电类型外延层之间设有场氧层；
在所述绝缘介质层内设有深接触孔，所述深接触孔向下穿透绝缘介质层、第一导电类型源区、第二导电类型体区，并进入第一导电类型外延层内；
所述深接触孔内从下到上依次设置绝缘填充物与源极金属，所述源极金属分别和第一导电类型源区与第二导电类型体区欧姆接触。
在本发明的一种实施方式中，所述源极金属与绝缘填充物接触。
在本发明的一种实施方式中，所述源极金属与绝缘填充物之间设有第二导电类型多晶硅填充物。
在本发明的一种实施方式中，第二导电类型多晶硅填充物的上表面与源极金属接触，下表面与绝缘填充物接触。
所述绝缘填充物的下表面与上表面之间的距离范围为0.1微米至4微米。
所述第二导电类型多晶硅填充物的下表面与上表面之间的距离范围为0.1微米至4微米。
所述栅氧层、场氧层、绝缘介质层与绝缘填充物均由二氧化硅或氮化硅构成。
当所述屏蔽栅功率器件为N型器件时，第一导电类型为N型，第二导电类型为P型；或者，当所述屏蔽栅功率器件为P型器件时，第一导电类型为P型，第二导电类型为N型。
本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：
本发明所述的一种带有深接触孔的屏蔽栅功率器件，相比于传统屏蔽栅功率器件，耐压效率更高，导通电阻更低；此外，本发明的绝缘填充物的植入不会增加器件的元胞尺寸。
附图说明
图1为本发明实施例1的剖面结构示意图。
图2为本发明实施例2的剖面结构示意图。
图3为为传统屏蔽栅功率器件的剖面结构示意图。
图4为沿着图1中虚线AA’与图3中虚线BB’截得的屏蔽栅功率器件击穿时的电场分布图。
说明书附图标记说明：1、N型硅衬底；2、N型外延层；3、P型体区；4、N型源区；5、深沟槽；6、场氧层；7、屏蔽栅多晶硅；8、栅极多晶硅；9、栅氧层；10、绝缘介质层；11、源极金属；12、深接触孔；13、P型多晶硅填充物；14、绝缘填充物；15、接触孔。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。
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。
本发明中，N型指的是硅晶体中掺入例如磷等Ⅴ族元素杂质，使得自由电子浓度远大于空穴浓度的杂质半导体，P型指的是硅晶体中掺入例如硼等Ⅲ族元素杂质，使得空穴浓度远大于自由电子浓度的杂质半导体。以下实施例均为N型器件，第一导电类型为N型，第二导电类型为P型。
实施例1
如图1所示，为本发明实施例1的剖面结构示意图，包括从下到上依次设置的N型硅衬底1、N型外延层2、P型体区3、N型源区4、绝缘介质层10和源极金属11，所述N型硅衬底1接漏极电位，所述N型源区4内设有互相平行的深沟槽5，所述深沟槽5向下穿透N型源区4与P型体区3，进入N型外延层2内，本实施例中深沟槽的深度为5微米，所述深沟槽5内设有接源极电位的屏蔽栅多晶硅7与接栅极电位的栅极多晶硅8，所述栅极多晶硅8位于深沟槽5的顶部，分别与N型源区4、P型体区3以及N型外延层2之间设有栅氧层9，所述屏蔽栅多晶硅7与N型外延层2之间设有场氧层6；
在所述绝缘介质层10内设有深接触孔12，所述深接触孔12向下穿透绝缘介质层10、N型源区4、P型体区3，并进入N型外延层2内，在所述深接触孔12内从下到上依次设置绝缘填充物14、P型多晶硅填充物13与源极金属11，所述源极金属11分别和N型源区4、P型体区3与P型多晶硅填充物13欧姆接触。
具体地，所述绝缘填充物14的下表面与上表面之间的距离为0.1微米至4微米，本实施例中为1微米。
具体地，所述P型多晶硅填充物13的下表面与上表面之间的距离为0.1微米至4微米，本实施例中为0.25微米，P型多晶硅填充物13的上表面与源极金属11接触，下表面与绝缘填充物14接触，在深接触孔12的深度固定的条件下，可以通过调节P型多晶硅填充物13的下表面与上表面之间的距离来控制绝缘填充物14的下表面与上表面之间的距离。
具体地，所述栅氧层9、场氧层6、绝缘介质层10与绝缘填充物14均由二氧化硅构成。
本实施例由于增加了绝缘填充物，需要调整N型外延层的掺杂浓度以获得最优的电场分布，本实施例的N型外延层的掺杂浓度需要高于传统蔽栅功率器件的N型外延层的掺杂浓度。
如图4所示为沿着图1中虚线AA’与图3中虚线BB’截得的器件击穿时的电场分布图，其中实线为沿着图1中的虚线AA’截得的本实施例器件击穿时的电场分布图，本实施例深沟槽中部的电场强度D明显高于传统屏蔽栅功率器件深沟槽中部的电场强度C，深沟槽中部区域充分起到耐压的作用。图4中靠近源极一侧的较高的电场强度E为绝缘填充物内的电场强度，本实施例中的绝缘填充物进一步提高了靠近源极一侧区域的电场强度，提高了该区域的耐压效率。综上所述，绝缘填充物通过提高靠近源极一侧与深沟槽中部的电场强度，使得图4中本实施例的电场分布曲线从左至右的宽度减小，相比于传统屏蔽栅功率器件，在相同的击穿电压条件下，本实施例的N型外延层可以更薄，导通电阻更低。
实施例2
如图2所示，为本发明实施例2的剖面结构示意图，本实施例与实施例1的区别在于所述深接触孔12内从下到上依次设置绝缘填充物14与源极金属11，所述源极金属11分别和N型源区4与P型体区3欧姆接触，所述源极金属11与绝缘填充物14接触。
所述绝缘填充物14的下表面与上表面之间的距离1.25微米，本实施例中调节绝缘填充物14的下表面与上表面之间的距离，需要通过调节深接触孔12的深度来实现，深接触孔12的深度越深，绝缘填充物14的下表面与上表面之间的距离越大，本实施例的设计灵活程度要小于实施例1，但是制造成本更低，本实施例的有益效果与实施例1相同。
最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (8)
1.一种带有深接触孔的屏蔽栅功率器件，包括从下到上依次设置的第一导电类型硅衬底、第一导电类型外延层、第二导电类型体区、第一导电类型源区、绝缘介质层和源极金属，所述第一导电类型硅衬底接漏极电位，所述源极金属接源极电位，其特征在于，所述第一导电类型源区内设有互相平行的深沟槽，所述深沟槽向下穿透第一导电类型源区与第二导电类型体区，进入第一导电类型外延层内，所述深沟槽内设有接源极电位的屏蔽栅多晶硅与接栅极电位的栅极多晶硅，所述栅极多晶硅位于深沟槽的顶部，所述栅极多晶硅分别与第一导电类型源区、第二导电类型体区以及第一导电类型外延层之间设有栅氧层，所述屏蔽栅多晶硅与第一导电类型外延层之间设有场氧层；
在所述绝缘介质层内设有深接触孔，所述深接触孔向下穿透绝缘介质层、第一导电类型源区、第二导电类型体区，并进入第一导电类型外延层内；
所述深接触孔内从下到上依次设置绝缘填充物与源极金属，所述源极金属分别和第一导电类型源区与第二导电类型体区欧姆接触。
2.如权利要求1所述的一种带有深接触孔的屏蔽栅功率器件，其特征在于，所述源极金属与绝缘填充物接触。
3.如权利要求1所述的一种带有深接触孔的屏蔽栅功率器件，其特征在于，所述源极金属与绝缘填充物之间设有第二导电类型多晶硅填充物。
4.如权利要求3所述的一种带有深接触孔的屏蔽栅功率器件，其特征在于，第二导电类型多晶硅填充物的上表面与源极金属接触，下表面与绝缘填充物接触。
5.如权利要求1所述的一种带有深接触孔的屏蔽栅功率器件，其特征在于，所述绝缘填充物的下表面与上表面之间的距离范围为0.1微米至4微米。
6.如权利要求3所述的一种带有深接触孔的屏蔽栅功率器件，其特征在于，所述第二导电类型多晶硅填充物的下表面与上表面之间的距离范围为0.1微米至4微米。
7.如权利要求1所述的一种带有深接触孔的屏蔽栅功率器件，其特征在于，所述栅氧层、场氧层、绝缘介质层与绝缘填充物均由二氧化硅或氮化硅构成。
8.如权利要求1-7任一项所述的一种带有深接触孔的屏蔽栅功率器件，其特征在于，当所述屏蔽栅功率器件为N型器件时，第一导电类型为N型，第二导电类型为P型；或者，当所述屏蔽栅功率器件为P型器件时，第一导电类型为P型，第二导电类型为N型。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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