CN205004338U - 一种半导体器件的栅极结构 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种半导体器件的栅极结构，包括位于衬底上的栅氧化层，位于栅氧化层上的场氧结构，以及位于栅氧化层和场氧结构上的多晶硅分裂栅；场氧结构的宽度小于第一栅极结构和第二栅极结构之间相互背离的两面的距离、且大于第一、二栅极结构之间的间隔，第一、二栅极结构之间的间隔区域在场氧结构上的正投影不应超出场氧结构的边缘。本实用新型能较大地减少栅电荷Qg。另一方面，由于栅电荷Qg大幅减小，因此可以将栅宽做得较大，使JFET电阻大大减小，导通电流大大增大，单位面积的导通电阻大大减小，从而可以用较小的芯片面积得到较大的导通电流和较小的导通电阻，比传统工艺生产的功率VDMOS和IGBT的芯片面积减小较多，能大大降低生产成本。
Description
技术领域
本实用新型涉及半导体制造领域，特别是涉及一种半导体器件的栅极结构。
背景技术
功率VDMOS(垂直双扩散金属氧化物半导体场效应晶体管)和功率IGBT(绝缘栅双极型晶体管)器件在功率驱动市场的需求量巨大，在人们的日常生活、工农业生产、国防和航天科技中随处可见，但在竞争日益激烈和越来越重视生产成本的今天，功率器件生产厂家面临着制作高性能器件和减小生产成本的巨大压力。现有功率器件VDMOS和IGBT的多晶栅由于较宽，使整个器件的栅面积大，从而栅电荷Qg很大，严重影响了器件的高频特性。特别是对于大电流功率器件而言，这一制约因素更加明显。如何减少栅电荷Qg，提高功率器件的开关工作频率成为功率器件制造中需要迫切解决的问题。并且，现有功率器件VDMOS和IGBT由于要满足一定的电流特性和一定的导通电阻，采用常规栅宽时，芯片面积要做得较大才能满足相应的电流特性。
一种减小栅电荷Qg的方法是，在有源区多晶硅栅极和栅氧下面的正中央保留一定的场氧，其宽度小于多晶硅栅极的宽度。这种减少Qg的方法存在的问题是对减小Qg作用有限，器件频率特性虽有所改善，但仍不能满足高频开关工作特性的需要。
实用新型内容
基于此，有必要提供一种能够减小栅电荷Qg的半导体器件的栅极结构。
一种半导体器件的栅极结构，包括位于衬底上的栅氧化层，位于栅氧化层上的场氧结构，以及位于栅氧化层和场氧结构上的多晶硅分裂栅；所述多晶硅分裂栅包括相互分离的第一栅极结构和第二栅极结构，所述场氧结构的宽度小于所述第一栅极结构和第二栅极结构之间相互背离的两面的距离、且大于第一栅极结构和第二栅极结构之间的间隔，所述第一栅极结构和第二栅极结构之间的间隔区域在场氧结构上的正投影不应超出场氧结构的边缘，所述栅氧化层的两端分别搭接于衬底内的一阱区上。
在其中一个实施例中，所述第一栅极结构和第二栅极结构相互背离的两面的距离为9微米～15微米，所述间隔区域的宽度为1微米～5微米，所述场氧结构的宽度为3微米～7微米。
在其中一个实施例中，所述场氧结构在宽度方向上比所述间隔区域的两边各宽出1微米～3微米。
在其中一个实施例中，所述场氧结构与两侧的阱区在横向上存在间隔以保证阱区不会延伸至场氧结构。
在其中一个实施例中，所述衬底为N-衬底，所述阱区为P阱。
在其中一个实施例中，所述场氧结构的厚度为1微米～2微米。
在其中一个实施例中，所述场氧结构两侧的栅氧化层的厚度为0.05微米～0.12微米。
在其中一个实施例中，所述半导体器件为垂直双扩散金属氧化物半导体场效应晶体管或绝缘栅双极型晶体管。
上述半导体器件的栅极结构，由于把多晶硅栅的中部挖掉了一块，从而使栅电荷Qg大幅度减少。同时，栅氧化层上方设有部分场氧结构，对减少栅电荷Qg也有一定的作用。由于这两种因素共同作用，能较大地减少栅电荷Qg。另一方面，由于栅电荷Qg大幅减小，因此可以将栅宽做得较大，使JFET电阻大大减小，导通电流大大增大，单位面积的导通电阻大大减小，从而可以用较小的芯片面积得到较大的导通电流和较小的导通电阻，比传统工艺生产的功率VDMOS和IGBT的芯片面积减小较多，能大大降低生产成本。
附图说明
图1是分裂栅的结构示意图；
图2是一实施例中半导体器件的栅极结构的剖面示意图；
图3是一实施例中栅极结构的场氧结构与其他部分的宽度关系示意图。
具体实施方式
为了便于理解本实用新型，下面将参照相关附图对本实用新型进行更全面的描述。附图中给出了本实用新型的首选实施例。但是，本实用新型可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本实用新型的公开内容更加透彻全面。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本实用新型。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
为了减小栅电荷Qg，本实用新型采用分裂栅的结构，具体参见图1，分裂栅是在传统的栅极结构基础上将多晶硅栅的中部通过刻蚀工艺挖掉一块(即图1中的区域103)，从而得到由两边剩余的第一栅极结构102和第二栅极结构104组成的多晶硅分裂栅。因多晶栅、场氧、栅氧和衬底共同构成一个电容器，这个电容器的极板面积(即多晶栅底面的面积)越大，输入电容Ciss也就越大。栅电荷Qg描述的是这个电容器储存电荷的能力的大小，输入电容Ciss越大，栅电荷Qg也就越大，则器件的开关速度也就越慢。将区域103的多晶硅挖掉，多晶栅的底面积减小，就能够减小器件的栅电荷Qg。
图2是一实施例中半导体器件的栅极结构的剖面示意图。栅极结构包括位于衬底10上的栅氧化层24，位于栅氧化层24上的场氧结构22，以及位于栅氧化层24和场氧结构22上的多晶硅分裂栅26。由于厚场氧的阻挡，热生长栅氧化层24时氧气难以穿过场氧结构22并与下方的衬底10接触，场氧结构22下方的栅氧厚度可忽略不计，故图2中并未绘出场氧结构22下方的栅氧。多晶硅分裂栅包括相互分离的第一栅极结构和262第二栅极结构264。场氧结构22的宽度小于第一栅极结构262和第二栅极结构264之间相互背离的两面的距离、且大于第一栅极结构262和第二栅极结构264之间的间隔。如前述，第一栅极结构262和第二栅极结构264之间的间隔区域25可以是通过在刻蚀时将多晶硅栅中间挖去一块形成的。间隔区域25位于场氧结构22的正上方以保证间隔区域25在场氧结构22上的正投影不会超出场氧结构22的边缘，换句话说只要保证间隔区域25在场氧结构22的范围内，那么位置稍微偏一些也是可以的，并不需要严格居中。
间隔区域25下方的场氧结构22可以在阱区注入、N+注入和P+注入时，阻挡注入离子从间隔区域25注入到源区，避免导通电阻Rdon和漏电流Idss增大。
上述半导体器件的栅极结构，由于把多晶硅栅的中部挖掉了一块，从而使栅电荷Qg大幅度减少。同时，场氧结构22对减少栅电荷Qg也有一定的作用。由于这两种因素共同作用，能较大地减少栅电荷Qg。
另一方面，由于栅电荷Qg大幅减小，因此可以将栅宽做得较大，使JFET电阻(颈区电阻)大大减小，导通电流大大增大，使单位面积的导通电阻(即比导通电阻)大大减小，从而可以用较小的芯片面积得到较大的导通电流和较小的导通电阻，比常规工艺生产的功率VDMOS和IGBT的芯片面积减小较多，能大大降低生产成本。
请一并结合图3(图3中省略了器件各结构的标号)，在一个实施例中，第一栅极结构262的左边到第二栅极结构264右边的距离a为9微米～15微米，间隔区域25的宽度c为1微米～5微米，场氧结构22的宽度b为3微米～7微米。这样一来，场氧结构22在宽度方向上比间隔区域25的两边各宽出1～3微米。可以理解的，第一栅极结构262和第二栅极结构264下方(而不是间隔区域25下方)保留足够宽度的场氧结构22，有利于减小栅电荷Qg。
如图2所示，衬底10内还包括阱区12。在本实施例中，衬底10为N-型衬底，阱区12为P阱。阱区12内还形成有N型区14。阱区12内部在开启电压的作用下形成导电沟道，N型区14中的电子经导电沟道、JFET区和体区而到达器件最下方的漏区，形成漏极电流。制造时要控制阱区12的横向扩散，使阱区12与场氧结构22在横向上存在一小段间隔d，以保证阱区12不会延伸至场氧结构22，避免导电沟道伸至场氧结构22下方使得器件无法开启。
上述半导体器件的栅极结构主要是针对垂直双扩散金属氧化物半导体场效应晶体管(VDMOS)和绝缘栅双极型晶体管(IGBT)进行的实用新型，但也可以应用于其它类型的半导体器件。
在其中一个实施例中，场氧结构22的厚度为1微米～2微米，场氧结构22两侧的栅氧化层24的厚度为0.05微米～0.12微米。
以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (8)
1.一种半导体器件的栅极结构，其特征在于，包括位于衬底上的栅氧化层，位于栅氧化层上的场氧结构，以及位于栅氧化层和场氧结构上的多晶硅分裂栅；所述多晶硅分裂栅包括相互分离的第一栅极结构和第二栅极结构，所述场氧结构的宽度小于所述第一栅极结构和第二栅极结构之间相互背离的两面的距离、且大于第一栅极结构和第二栅极结构之间的间隔，所述第一栅极结构和第二栅极结构之间的间隔区域在场氧结构上的正投影不应超出场氧结构的边缘，所述栅氧化层的两端分别搭接于衬底内的一阱区上。
2.根据权利要求1所述的半导体器件的栅极结构，其特征在于，所述第一栅极结构和第二栅极结构相互背离的两面的距离为9微米～15微米，所述间隔区域的宽度为1微米～5微米，所述场氧结构的宽度为3微米～7微米。
3.根据权利要求1所述的半导体器件的栅极结构，其特征在于，所述场氧结构在宽度方向上比所述间隔区域的两边各宽出1微米～3微米。
4.根据权利要求1所述的半导体器件的栅极结构，其特征在于，所述场氧结构与两侧的阱区在横向上存在间隔以保证阱区不会延伸至场氧结构。
5.根据权利要求1所述的半导体器件的栅极结构，其特征在于，所述衬底为N-衬底，所述阱区为P阱。
6.根据权利要求1所述的半导体器件的栅极结构，其特征在于，所述场氧结构的厚度为1微米～2微米。
7.根据权利要求1所述的半导体器件的栅极结构，其特征在于，所述场氧结构两侧的栅氧化层的厚度为0.05微米～0.12微米。
8.根据权利要求1所述的半导体器件的栅极结构，其特征在于，所述半导体器件为垂直双扩散金属氧化物半导体场效应晶体管或绝缘栅双极型晶体管。
Priority Applications (1)
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| CN201520598754.1U CN205004338U (zh) | 2015-08-10 | 2015-08-10 | 一种半导体器件的栅极结构 |
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| CN201520598754.1U CN205004338U (zh) | 2015-08-10 | 2015-08-10 | 一种半导体器件的栅极结构 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN205004338U true CN205004338U (zh) | 2016-01-27 |
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ID=55161213
Family Applications (1)
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| CN201520598754.1U Active CN205004338U (zh) | 2015-08-10 | 2015-08-10 | 一种半导体器件的栅极结构 |
Country Status (1)
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|---|---|
| CN (1) | CN205004338U (zh) |
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2015
- 2015-08-10 CN CN201520598754.1U patent/CN205004338U/zh active Active
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