CN207009440U - 超高压vdmos晶体管 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种超高压VDMOS晶体管，包括第一导电类型的衬底片、位于衬底片背面的第一导电类型的掺杂层、位于掺杂层下方的第一金属电极、位于衬底片正面的栅极结构以及位于栅极结构上的第二金属电极，所述第一金属电极作为该VDMOS晶体管的漏极，所述第二金属电极作为该VDMOS晶体管的源极；所述栅极结构包括第二导电类型的阱区、位于阱区内的第二导电类型的接触区、位于接触区两侧的第一导电类型的源区。本VDMOS晶体管直接在衬底片的正面进行器件的制作，省略了在衬底片上生长外延，从而有效避免了高耐压条件下增厚的外延厚度对超高压VDMOS晶体管的良率和可靠性的影响，也有效降低了超高压VDMOS晶体管的生产成本。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种半导体功率器件，具体地说是涉及一种超高压VDMOS晶体管，特别是涉及一种良率及可靠性高且生产成本低的超高压VDMOS晶体管。
背景技术
VDMOS（Vertical Double-diffused Metal Oxide Semiconductor，垂直双扩散金属氧化物半导体）晶体管是一种新颖的功率MOS场效应晶体管，它是一种垂直型的自对准双扩散的MOS场效应晶体管，同时具有双极型晶体管和普通MOS器件的优点。与双极型晶体管相比，它的开关速度快，开关损耗小，输入阻抗高，驱动功率小，频率特性好，跨导线性度高，没有双极型功率器件的二次击穿问题，并且安全工作区大。因此，不论是开关应用还是线性应用，VDMOS晶体管都是理想的功率半导体器件。
现有的VDMOS晶体管通常是在衬底上生长外延，然后在外延上制作器件，器件的正面工序做好后，通过背面减薄及背面金属化，最终形成VDMOS器件。其中，外延的规格与VDMOS器件的耐压相关，耐压越高，外延的电阻率越高，厚度就越厚，反之则外延的电阻率越低，厚度越薄。比如200V的N型VDMOS晶体管的N-外延的电阻率为5左右，厚度为18um左右，而600V的N型VDMOS晶体管的N-外延的电阻率为16左右，厚度为51um左右。加厚，生长外延的当VDMOS晶体管的耐压要求达到1000V以上时（即超高压VDMOS晶体管），由于外延厚度越来越厚，达到甚至接近200um，这在外延生长方面就会存在一定问题。随着外延厚度的滑移线、颗粒等缺陷数量会增多，影响外延质量，从而影响VDMOS晶体管的良率和可靠性，而且外延厚度的增加对外延机台会有损伤，外延成本也大幅增加。因此，迫切的需要对现有的VDMOS晶体管进行改进以解决上述技术问题。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种超高压VDMOS晶体管，该VDMOS晶体管整体结构设计巧妙，其省略了衬底上外延的生长，有效解决了1000V以上VDMOS晶体管（即超高压VDMOS晶体管）由于外延厚度增厚对产品所带来的良率和可靠性低以及成本的增加。
为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案为，一种超高压VDMOS晶体管，包括第一导电类型的衬底片、位于衬底片背面的第一导电类型的掺杂层、位于掺杂层下方的第一金属电极、位于衬底片正面的栅极结构以及位于栅极结构上的第二金属电极，所述第一金属电极作为该VDMOS晶体管的漏极，所述第二金属电极作为该VDMOS晶体管的源极；所述栅极结构包括第二导电类型的阱区（body区）、位于阱区内的第二导电类型的接触区、位于接触区两侧的第一导电类型的源区和位于阱区上方的多晶硅栅极。
作为本实用新型的一种改进，所述栅极结构还包括栅氧化层和场氧化层，所述栅氧化层位于阱区和多晶硅栅极之间，所述场氧化层位于栅氧化层和多晶硅栅极之间，所述第二金属电极设置在多晶硅栅极的上方。
作为本实用新型的一种改进， 所述栅极结构还包括设置在多晶硅栅极与第二金属电极之间的绝缘保护层，所述绝缘保护层采用二氧化硅绝缘保护层。
作为本实用新型的一种改进， 所述衬底片的厚度为400-800 um。
作为本实用新型的一种改进， 对于N型VDMOS晶体管，所述第一导电类型为N型，所述第二导电类型为P型；对于P型VDMOS晶体管，所述第一导电类型为P型，所述第二导电类型为N型。
作为本实用新型的一种改进，对于N型VDMOS晶体管，所述衬底片为N-衬底片，所述阱区为P-body，所述接触区为P+接触区，所述源区为N+源区；对于P型VDMOS晶体管，所述衬底片为P-衬底片，所述阱区为N-body，所述接触区为N+接触区，所述源区为P+源区。
作为本实用新型的一种改进，对于N型VDMOS晶体管，所述掺杂层采用N型杂质磷或砷注入衬底片背面形成N+层，对于P型VDMOS晶体管，所述掺杂层采用P型杂质硼注入衬底片背面形成P+层。
相对于现有技术，本实用新型所提出的超高压VDMOS晶体管的整体结构设计巧妙，结构简单，易于生产制作，成本低，晶体管的自身功率损耗低，耐压性能佳，电阻率良好，厚度薄，通过直接在衬底片的正面进行器件的制作，省略了在衬底片上生长外延，从而有效避免了高耐压条件下增厚的外延厚度对超高压VDMOS晶体管的良率和可靠性的影响，也有效降低了超高压VDMOS晶体管的生产成本；同时在衬底片的背面注入与衬底片为同一导电类型的杂质形成薄的掺杂层，以提高衬底片表面的杂质浓度，以便与第二金属电极形成良好的欧姆接触，形成VDMOS晶体管的漏极。
附图说明
图1为本实用新型实施例的N型超高压VDMOS晶体管的纵向剖面结构示意图。
图2为本实用新型实施例的P型超高压VDMOS晶体管的纵向剖面结构示意图。
图中：1-衬底片，2-掺杂层，3-第一金属电极，4-第二金属电极，5-阱区，6-接触区，7-源区，8-多晶硅栅极，9-栅氧化层，10-场氧化层，11-绝缘保护层。
具体实施方式
为了加深对本实用新型的理解和认识，下面结合附图对本实用新型作进一步描述和介绍。
一种超高压VDMOS晶体管，包括第一导电类型的衬底片1、位于衬底片1背面的第一导电类型的掺杂层2、位于掺杂层2下方的第一金属电极3、位于衬底片1正面的栅极结构以及位于栅极结构上的第二金属电极4，所述第一金属电极3作为该VDMOS晶体管的漏极，所述第二金属电极4作为该VDMOS晶体管的源极；所述栅极结构包括第二导电类型的阱区5、位于阱区5内的第二导电类型的接触区6、位于接触区6两侧的第一导电类型的源区7和位于阱区5上方的多晶硅栅极8。
优选的，所述栅极结构还包括栅氧化层9和场氧化层10，所述栅氧化层9位于阱区5和多晶硅栅极8之间，设置该栅氧化层9是为了实现电流通路，所述场氧化层10位于栅氧化层9和多晶硅栅极8之间，场氧化层10能够起到减小寄生栅漏寄生电容的作用，所述第二金属电极4设置在多晶硅栅极8的上方。
进一步优选的，所述栅极结构还包括设置在多晶硅栅极8与第二金属电极4之间的绝缘保护层11，所述绝缘保护层11采用二氧化硅绝缘保护层11。通过绝缘保护层11来对多晶硅栅极8和第二金属电极4（即VDMOS晶体管的源极）进行隔离。
进一步优选的，所述衬底片1的厚度根据晶圆不同，通常为400-800 um。
对于N型VDMOS晶体管，如图1所示，所述第一导电类型为N型，所述第二导电类型为P型，所述衬底片1为N-衬底片1，所述阱区5为P-body，所述接触区6为P+接触区6，所述源区7为N+源区7，所述掺杂层2采用N型杂质磷或砷注入衬底片1背面形成N+层。而对于P型VDMOS晶体管，如图2所示，所述第一导电类型为P型，所述第二导电类型为N型，所述衬底片1为P-衬底片1，所述阱区5为N-body，所述接触区6为N+接触区6，所述源区7为P+源区7，所述掺杂层2采用P型杂质硼注入衬底片1背面形成P+层。
综上所述，上述的超高压VDMOS晶体管的整体结构设计巧妙，晶体管的自身功率损耗低，耐压性能佳，电阻率良好，厚度薄且生产成本低，通过直接在衬底片1的正面进行器件的制作，省略了在衬底片1上生长外延，从而有效避免了高耐压条件下增厚的外延厚度对超高压VDMOS晶体管的良率和可靠性的影响，也有效降低了超高压VDMOS晶体管的生产成本；同时在衬底片1的背面注入与衬底片1为同一导电类型的杂质形成薄的掺杂层2，以提高衬底片1表面的杂质浓度，以便与第二金属电极4形成良好的欧姆接触，形成VDMOS晶体管的漏极。
本实用新型所提出的超高压VDMOS晶体管的制作过程为：对于N型VDMOS晶体管，首先选用厚度为400-800 um的N-衬底片（即晶圆），N-衬底片的电阻率根据所制作晶体管的耐压要求进行选择，耐压越高，电阻率就越高，所选用的N-衬底片的电阻率通常为0.001~0.1。接着在N-衬底片的正面制作晶体管的正面结构，其中正面结构包括P-body、N+源极、Body接触P+、栅氧、场氧、多晶硅栅极、层间绝缘保护介质（二氧化硅）以及正面金属电极等，在完成正面制作工序后，进入晶圆减薄工序，将晶圆减薄到所需要的厚度，其中耐压越高，厚度就越厚，例如对于耐压为1500V的N型VDMOS晶体管，需要将晶圆减薄至180 um左右。然后在晶圆的背面注入N型杂质（优选采用N型杂质磷或砷）以在N-衬底片的背面形成薄的一层N+层，从而提高N-衬底片表面的杂质浓度，以便与其背面的第二金属电极形成良好的欧姆接触。最后做背面金属化，即在N-衬底片的背面的N+层上淀积金属，以形成N型VDMOS晶体管的漏极。
而对于P型VDMOS晶体管的制作过程与N型VDMOS晶体管的类似，其直接采用P-衬底片，而不用P+衬底片，然后在P-衬底片的正面制作晶体管的正面结构，并在完成正面结构的制作工序后将P-衬底片减薄到所需的厚度，最后通过在P-衬底片的背面注入P型杂质来提高其表面杂质浓度，从而让背面金属电极与半导体形成良好的欧姆接触，以在P-衬底片的背面形成P型VDMOS晶体管的漏极。
由于本实用新型所提出的超高压VDMOS晶体管省略了外延的生长，避免过厚外延生长所带来的外延缺陷的增加而导致VDMOS晶体管产品的良率和可靠性的降低，而且也省掉了外延生长的工序，极大的降低了VDMOS晶体管的生产成本。
需要说明的是上述实施例，并非用来限定本实用新型的保护范围，在上述技术方案的基础上所作出的等同变换或替代均落入本实用新型权利要求所保护的范围。在权利要求中，单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件，单词第一、第二的使用不表示任何顺序，可将这些单词解释为名称。
本实用新型方案所公开的技术手段不仅限于上述实施方式所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本实用新型的保护范围。
Claims (7)
1.一种超高压VDMOS晶体管，其特征在于：包括第一导电类型的衬底片、位于衬底片背面的第一导电类型的掺杂层、位于掺杂层下方的第一金属电极、位于衬底片正面的栅极结构以及位于栅极结构上的第二金属电极，所述第一金属电极作为该VDMOS晶体管的漏极，所述第二金属电极作为该VDMOS晶体管的源极；所述栅极结构包括第二导电类型的阱区、位于阱区内的第二导电类型的接触区、位于接触区两侧的第一导电类型的源区和位于阱区上方的多晶硅栅极。
2.如权利要求1所述的一种超高压VDMOS晶体管，其特征在于，所述栅极结构还包括栅氧化层和场氧化层，所述栅氧化层位于阱区和多晶硅栅极之间，所述场氧化层位于栅氧化层和多晶硅栅极之间，所述第二金属电极设置在多晶硅栅极的上方。
3.如权利要求2所述的一种超高压VDMOS晶体管，其特征在于，所述栅极结构还包括设置在多晶硅栅极与第二金属电极之间的绝缘保护层，所述绝缘保护层采用二氧化硅绝缘保护层。
4.如权利要求2或3所述的一种超高压VDMOS晶体管，其特征在于，所述衬底片的厚度为400-800 um。
5.如权利要求4所述的一种超高压VDMOS晶体管，其特征在于，对于N型VDMOS晶体管，所述第一导电类型为N型，所述第二导电类型为P型；对于P型VDMOS晶体管，所述第一导电类型为P型，所述第二导电类型为N型。
6.如权利要求5所述的一种超高压VDMOS晶体管，其特征在于，对于N型VDMOS晶体管，所述衬底片为N-衬底片，所述阱区为P-body，所述接触区为P+接触区，所述源区为N+源区；对于P型VDMOS晶体管，所述衬底片为P-衬底片，所述阱区为N-body，所述接触区为N+接触区，所述源区为P+源区。
7.如权利要求6所述的一种超高压VDMOS晶体管，其特征在于，对于N型VDMOS晶体管，所述掺杂层采用N型杂质磷或砷注入衬底片背面形成N+层，对于P型VDMOS晶体管，所述掺杂层采用P型杂质硼注入衬底片背面形成P+层。
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Cited By (2)
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| CN107086245A (zh) * | 2017-06-01 | 2017-08-22 | 苏州锴威特半导体有限公司 | 超高压vdmos晶体管及其生产方法 |
| CN110047756A (zh) * | 2019-04-22 | 2019-07-23 | 浙江凌云威智能科技有限公司 | 一种特高压vdmos场效应管的制造方法 |
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