專利名稱：超級結mosfet的元胞結構的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及半導體器件設計領域，特別是指一種超級結MOSFET的元胞結構。
背景技術：
傳統(tǒng)的超級結結構應用于N型縱向功率MOS器件，即N型C00LM0S結構，如圖1所示，其是在重摻雜的N型硅襯底101上具有水平分布的兩輕摻雜P型區(qū)102，兩輕摻雜的P型區(qū)102之間具有一輕摻雜N型外延漂移區(qū)103，上部左右分別具有重摻雜的P型阱區(qū)104和位于P型阱區(qū)104中的重摻雜N型區(qū)105 (源漏區(qū))，中間的溝道區(qū)上方淀積多晶硅柵極。該結構導通過程中只有多數(shù)載流子——電子，而沒有少數(shù)載流子的參與，因此，其開關損耗與傳統(tǒng)的功率MOSFET相同，而且其電壓支持層的雜質(zhì)摻雜濃度可以提高將近一個數(shù)量級；此外，由于垂直方向上插入P型區(qū)102，可以補償過量的電流導通電荷。在漂移層加反向偏置電壓，將產(chǎn)生一個橫向電場，使PN結耗盡。當電壓達到一定值時，漂移層完全耗盡，將起到電壓支持層的作用。由于摻雜濃度的大幅提高，在相同的擊穿電壓下，導通電阻Ron可以大大降低，甚至突破硅限。此結構縮小P型區(qū)102的間距以及提高P型區(qū)102和N-型外延漂移區(qū)103的濃度，有利于增加器件整體的電流密度，以及進一步降低導通電阻Ron。但圖1所示的傳統(tǒng)超結結構由于采用平面柵，兩側P+阱區(qū)104之間存在JFET夾斷效應，不利于器件的元胞陣列間距(Pitch)的縮小。所以采用溝槽柵是超結發(fā)展的必然趨勢，如圖2所示，在兩P型半導體絕緣柱區(qū)203之間具有一溝槽204，柵極205淀積在溝槽204內(nèi)，溝槽204左右兩側與P型半導體絕緣柱區(qū)203之間為阱區(qū)206，及位于阱區(qū)中的重摻雜N型區(qū)207。采用溝槽柵在解決了溝道夾斷問題、提高Rdson的同時，又引入了新的問題溝槽柵增加了柵極205與N-外延漂移區(qū)202的耦合面積，從而增加了寄生電容，這對于器件的動態(tài)開關性能是不利的。如果為了減小寄生電容，而刻意降低溝槽柵204的深度或增加P+阱區(qū)206的驅(qū)入深度，在大電壓工作時容易造成相鄰P+阱區(qū)206之間的夾斷，導致器件無法正常工作 。另外，由于P-半導體絕緣柱區(qū)203和N-外延漂移區(qū)202的濃度的提高，勢必導致縱向電場承受的相對變小。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種超級結MOSFET的元胞結構，其具有電流密度高，反向恢復性好的特點。為解決上述問題，本發(fā)明一種超級結MOSFET的元胞結構，其結構包括襯底重摻雜區(qū)。位于襯底重摻雜區(qū)之上的第一外延漂移區(qū)和上層的第二外延漂移區(qū)。位于第二外延漂移區(qū)中水平排布的兩半絕緣柱區(qū)。在所述半絕緣柱區(qū)之間具有一柵極溝槽。所述溝槽內(nèi)底部是浮空柵，浮空柵上為柵極導電多晶硅，所述溝槽內(nèi)壁與浮空柵以及柵極導電多晶硅之間均有柵氧化膜隔離。在所述柵極溝槽左右兩側與半絕緣柱區(qū)之間的區(qū)域形成兩阱區(qū)，阱區(qū)上部為源區(qū)。一接觸孔將源區(qū)和阱區(qū)連通引出連接電位。進一步地,所述半絕緣柱區(qū)是單一材料,或者是半導體絕緣材料和絕緣材料的復合結構。進一步地，當半絕緣柱區(qū)是半導體絕緣材料和絕緣材料的復合結構時，半導體絕緣材料位于靠外延漂移區(qū)一側。進一步地，所述浮空柵可以由多晶硅或金屬材質(zhì)形成。進一步地，所述接觸孔可以穿透源區(qū)直接與阱區(qū)接觸，使阱區(qū)和源區(qū)共用一接觸孔；也可以是停止在源區(qū)，通過額外的P型孔注入，形成與阱區(qū)的接觸。進一步地，所述第一外延漂移區(qū)的體濃度比第二外延漂移區(qū)高。本發(fā)明超級結MOSFET的元胞結構，通過浮空柵解決了溝道夾斷的問題，同時減小了柵漏之間的寄生耦合電容，第一外延漂移區(qū)和第二外延漂移區(qū)的結構使器件的縱向電場得到增強。


圖1是傳統(tǒng)N型CooIMOS器件；圖2是傳統(tǒng)的溝槽型超級結MOSFET器件；圖3是本發(fā)明超級結MOSFET的元胞結構；圖4是單層外延漂移區(qū)與雙層外延漂移區(qū)的電場分布圖。附圖標記說明101是重摻雜N型襯底102是輕摻雜P型區(qū)103是輕摻雜N型區(qū)104是重摻雜P阱105是重摻雜N型區(qū)106是多晶硅柵極201是重摻雜N型硅襯底202是輕摻雜N型外延漂移區(qū)203是P型半導體絕緣柱區(qū)204是溝槽205是多晶硅柵極206是重摻雜P阱207是重摻雜N型區(qū)I是襯底重摻雜區(qū)21是第一外延漂移區(qū)22是第二外延漂移區(qū)3是半絕緣柱區(qū)4是柵極溝槽61是浮空柵62是多晶硅柵極5是柵氧化膜7是阱區(qū)8是源區(qū)9是接觸孔
具體實施例方式本發(fā)明所述的超級結MOSFET的元胞結構，其主要構成現(xiàn)結合附圖3所示具體說明如下在一襯底重摻雜區(qū)I上依次形成第一外延漂移區(qū)21和第二外延漂移區(qū)22，第二外延漂移區(qū)22位于第一外延漂移區(qū)21之上，且第二外延漂移區(qū)22的摻雜濃度低于第一外延漂移區(qū)21。 在第二外延漂移區(qū)22中，具有水平排布的兩半絕緣柱區(qū)3，所述的半絕緣柱區(qū)3可以是單一材料，也可以是半導體絕緣材料和絕緣材料的復合機構，當半絕緣柱區(qū)3是半導體絕緣材料和絕緣材料的復合結構時，半導體絕緣材料位于靠近第一外延漂移區(qū)21 —側。在兩半絕緣柱區(qū)3之間，刻蝕有一溝槽4，溝槽4內(nèi)底部填充有浮空柵61，此浮空柵61可以為多晶硅，也可以為金屬材質(zhì)，浮空柵61上面淀積柵極導電多晶硅62，填充滿整個溝槽4，其中，溝槽4內(nèi)壁與柵極導電多晶硅62、浮空柵61之間均具有柵氧化膜5，以將彼此互相隔離。在溝槽4左右兩側與半絕緣柱區(qū)3之間的區(qū)域為阱區(qū)7，阱區(qū)中注入形成源區(qū)8于
娃表面。一接觸孔9將源區(qū)8及阱區(qū)I連通導出連結電位，此接觸孔9可以直接貫通源區(qū)8到達阱區(qū)7，使源區(qū)8和阱區(qū)7公用此接觸孔，引出連結電位，也可以接觸孔9只接觸停止在源區(qū)8，通過額外的P型孔注入，形成與阱區(qū)7的接觸。溝槽4內(nèi)浮空柵61位于溝槽4的底部，有效地解決了柵極導電多晶硅62兩側的阱區(qū)7在大電壓下的溝道夾斷問題，同時減小了柵漏之間的寄生耦合電容，第一外延漂移區(qū)21的摻雜濃度大于第二外延漂移區(qū)22的濃度，這使的器件的縱向電場得到增強。如圖4所示，為不同第二外延漂移區(qū)22的濃度電阻率下，擊穿電壓隨第二外延漂移區(qū)22厚度的變化曲線，其中BV19 40的數(shù)`字，表示第二外延漂移區(qū)22電阻率從19 Q -cm 40 Q -cm?？梢钥吹降诙庋悠茀^(qū)22的效果，隨著第二外延漂移區(qū)22濃度的降低(電阻率上升)和厚度的增加，器件的縱向擊穿電壓大幅度提高。
權利要求
1.一種超級結MOSFET的元胞結構，其特征在于，該結構包括襯底重摻雜區(qū)及第一外延漂移區(qū)和第二外延漂移區(qū)，其中 襯底重摻雜區(qū)之上是第一外延漂移區(qū)，第二外延漂移區(qū)位于最上層； 位于第二外延漂移區(qū)中水平排布的兩個半絕緣柱區(qū)； 在所述半絕緣柱區(qū)之間具有一柵極溝槽； 所述溝槽內(nèi)底部是浮空柵，浮空柵上為柵極導電多晶硅，所述柵極溝槽內(nèi)壁與浮空柵和柵極導電多晶硅之間有柵氧化膜； 在所述柵極溝槽左右兩側與半絕緣柱區(qū)之間的區(qū)域形成兩阱區(qū)，阱區(qū)上部為源區(qū)； 一接觸孔將源區(qū)和阱區(qū)連通引出連接電位。
2.如權利要求1所述的超級結MOSFET的元胞結構，其特征在于，所述第一外延漂移區(qū)的體濃度高于第二外延漂移區(qū)的體濃度。
3.如權利要求1所述的超級結MOSFET的元胞結構，其特征在于，所述半絕緣柱區(qū)是單一材料，或者是半導體絕緣材料和絕緣材料的復合結構。
4.如權利要求2所述的超級結MOSFET的元胞結構，其特征在于，半絕緣柱區(qū)是半導體絕緣材料和絕緣材料的復合結構時，半導體絕緣材料位于靠外延漂移區(qū)的一側。
5.如權利要求1所述的超級結MOSFET的元胞結構，其特征在于，所述浮空柵由多晶硅或者金屬材質(zhì)形成。
6.如權利要求1所述的超級結MOSFET的元胞結構，其特征在于，所述接觸孔能穿透源區(qū)直接與阱區(qū)接觸，使阱區(qū)和源區(qū)共用一接觸孔；或者是停止在源區(qū)，通過額外的P型孔注入，形成與阱區(qū)的接觸。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種超級結MOSFET的元胞結構，該結構包括襯底重摻雜區(qū)，位于襯底重摻雜區(qū)之上的外延漂移區(qū)，位于外延漂移區(qū)中水平排布的兩個半絕緣柱區(qū)；在所述半絕緣柱區(qū)之間有柵極溝槽；所述溝槽底部填充浮空柵，浮空柵上為柵極導電多晶硅；所述柵極溝槽內(nèi)壁與浮空柵和柵極導電多晶硅之間有柵氧化膜；在所述柵極溝槽左右分別與半絕緣柱區(qū)之間形成阱區(qū)；在阱區(qū)上部形成源區(qū)；源區(qū)和阱區(qū)通過接觸孔連接電位。本發(fā)明解決了傳統(tǒng)超級結MOSFET的電流密度低，反向恢復特性不好的問題，同時更好的優(yōu)化了導通電阻和擊穿電壓之間的關系。
文檔編號H01L29/423GK103035714SQ20121020661
公開日2013年4月10日 申請日期2012年6月21日 優(yōu)先權日2012年6月21日
發(fā)明者胡曉明 申請人:上海華虹Nec電子有限公司