一種溝槽mosfet結(jié)構(gòu)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型屬于電子器件領(lǐng)域，涉及一種溝槽MOSFET結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]對于通常用在電力電子系統(tǒng)和電源管理中的半導體器件而言，功率金屬氧化物半導體場效應(yīng)晶體管 MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor-Field-Effect-Transistor)，或絕緣柵場效應(yīng)晶體管，被廣泛引入。
[0003]溝槽型功率MOSFET是繼MOSFET之后新發(fā)展起來的高效、功率開關(guān)器件，它采用溝槽型柵極結(jié)構(gòu)場效應(yīng)管，它不僅繼承了 MOS場效應(yīng)管輸入阻抗高(多108Ω)、驅(qū)動電流小(0.1yA左右)的優(yōu)點，還具有耐壓高、工作電流大、輸出功率高、跨導線性好、開關(guān)速度快等優(yōu)良特性。正是由于它將電子管與功率晶體管的優(yōu)點集于一身，因此在開關(guān)電源、逆變器、電壓放大器、功率放大器等電路中獲得廣泛應(yīng)用。因此，高擊穿電壓、大電流、低導通電阻是功率MOSFET的最為關(guān)鍵的指標。但是對功率MOSFET來說，幾乎不可以同時獲得高擊穿電壓和低導通電阻，從而達到在大電流工作時較小的功耗的目的，需要在擊穿電壓和導通電阻兩個指標上互相妥協(xié)。
[0004]為了盡可能優(yōu)化器件結(jié)構(gòu)達到較高的擊穿電壓和低導通電阻的目的，分裂柵溝槽功率場效應(yīng)管(Split Gate M0SFET)應(yīng)運而生。其主要是通過在溝槽下部集成一個與源極短接的屏蔽柵的場板效應(yīng)來提高擊穿電壓。因此，在相同擊穿電壓的要求下，可以通過增大硅外延層的摻雜濃度來降低功率MOSFET的導通電阻，從而降低大電流工作時的功耗。
[0005]如今，功率器件的元胞區(qū)已經(jīng)能夠通過設(shè)計使其達到較高的耐壓水平，但是在實際的生產(chǎn)過程中，還需要考慮晶體管的邊緣區(qū)域，對于垂直器件來說，一個芯片的邊緣部分的元胞除了要承受垂直方向上的電壓外還要承受水平方向上的電壓，因此器件的終端邊緣區(qū)域成為制約整個器件擊穿電壓的一個不可忽視的因素。
[0006]因此，提供一種新的溝槽MOSFET結(jié)構(gòu)，以提高中壓MOSFET終端區(qū)的耐壓能力，從而提高晶體管的整體耐壓能力，成為本領(lǐng)域技術(shù)人員亟待解決的一個重要技術(shù)問題。
【實用新型內(nèi)容】
[0007]鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點，本實用新型的目的在于提供一種溝槽MOSFET結(jié)構(gòu)，用于解決現(xiàn)有技術(shù)中溝槽MOSFET結(jié)構(gòu)的終端區(qū)耐壓能力不高的問題。
[0008]為實現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的，本實用新型提供一種溝槽MOSFET結(jié)構(gòu)，包括N型重摻雜襯底及形成于所述N型重摻雜襯底上的N型輕摻雜外延層；所述N型輕摻雜外延層中形成有若干元胞區(qū)溝槽結(jié)構(gòu)及若干終端區(qū)溝槽結(jié)構(gòu)，其中:至少一個終端區(qū)溝槽結(jié)構(gòu)底部連接有P型摻雜結(jié)構(gòu)。
[0009]可選地，所有終端區(qū)溝槽結(jié)構(gòu)底部均連接有P型摻雜結(jié)構(gòu)。
[0010]可選地，所述終端區(qū)溝槽結(jié)構(gòu)包括形成于溝槽內(nèi)表面的溝槽氧化層及填充于溝槽內(nèi)的多晶硅層。
[0011]可選地，所述溝槽氧化層42的厚度范圍優(yōu)選為2000?6000埃。
[0012]可選地，所述元胞區(qū)溝槽結(jié)構(gòu)包括形成于溝槽內(nèi)表面的柵氧化層及填充于溝槽內(nèi)的多晶硅層。
[0013]可選地，所述元胞區(qū)溝槽結(jié)構(gòu)為分裂柵，包括屏蔽柵及形成于所述屏蔽柵上方的控制柵，所述屏蔽柵與所述控制柵之間通過絕緣層隔離。
[0014]可選地，所述N型輕摻雜外延層包括第一 N型輕摻雜層及第二 N型輕摻雜層，其中，所述P型摻雜結(jié)構(gòu)形成于所述第一 N型輕摻雜層中，從所述第一 N型輕摻雜層上表面往下延伸預(yù)設(shè)距離；所述終端區(qū)溝槽結(jié)構(gòu)形成于所述第二 N型輕摻雜層中，從所述第二 N型輕摻雜層上表面往下延伸至所述第一 N型輕摻雜層上表面。
[0015]可選地，所述第一 N型輕摻雜層的摻雜濃度大于或等于所述第二 N型輕摻雜層的摻雜濃度，或所述第一 N型輕摻雜層的摻雜濃度小于所述第二 N型輕摻雜層的摻雜濃度。
[0016]如上所述，本實用新型的溝槽MOSFET結(jié)構(gòu)，具有以下有益效果:(1)本實用新型通過在終端區(qū)溝槽結(jié)構(gòu)底部形成P型摻雜結(jié)構(gòu)，所述P型摻雜結(jié)構(gòu)能夠降低其所在區(qū)域的N型摻雜濃度，從而增大器件工作時該區(qū)域的耗盡程度，有助于提升中壓MOSFET( > 150V)終端區(qū)的耐壓能力；(2)終端區(qū)溝槽結(jié)構(gòu)的溝槽氧化層采用厚氧化層(2000?6000埃)，可以進一步提高終端區(qū)耐壓能力；(3)元胞區(qū)溝槽結(jié)構(gòu)既可采用常規(guī)的溝槽柵結(jié)構(gòu)，也可以采用耐壓能力更高的分裂柵結(jié)構(gòu)，從而滿足不同的性能要求。
【附圖說明】
[0017]圖1顯示為本實用新型的溝槽MOSFET結(jié)構(gòu)在實施例一中的剖視圖。
[0018]圖2顯示為本實用新型的溝槽MOSFET結(jié)構(gòu)在實施例二中的剖視圖。
[0019]圖3顯示為在N型重摻雜襯底上外延第一 N型輕摻雜層的示意圖。
[0020]圖4顯示為在第一 N型輕摻雜層表面形成掩膜層并在掩膜層中形成開口的示意圖。
[0021]圖5顯示為進行P型離子注入形成P型摻雜結(jié)構(gòu)的示意圖。
[0022]圖6顯示為在第一 N型輕摻雜層表面外延第二 N型輕摻雜層并在第二 N型輕摻雜層中形成溝槽的示意圖。
[0023]元件標號說明
[0024]I元胞區(qū)
[0025]II終端區(qū)
[0026]IN型重摻雜襯底
[0027]2N型輕摻雜外延層
[0028]21第一 N型輕摻雜層
[0029]22第二 N型輕摻雜層
[0030]3元胞區(qū)溝槽結(jié)構(gòu)
[0031]31柵氧化層
[0032]32，42多晶硅層
[0033]33屏蔽柵
[0034]34控制柵
[0035]35絕緣層
[0036]4終端區(qū)溝槽結(jié)構(gòu)
[0037]41溝槽氧化層
[0038]5P型摻雜結(jié)構(gòu)
[0039]6掩膜層
[0040]7開口
[0041]8溝槽
【具體實施方式】
[0042]以下通過特定的具體實例說明本實用新型的實施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可由本說明書所揭露的內(nèi)容輕易地了解本實用新型的其他優(yōu)點與功效。本實用新型還可以通過另外不同的【具體實施方式】加以實施或應(yīng)用，本說明書中的各項細節(jié)也可以基于不同觀點與應(yīng)用，在沒有背離本實用新型的精神下進行各種修飾或改變。
[0043]請參閱圖1至圖6。需要說明的是，本實施例中所提供的圖示僅以示意方式說明本實用新型的基本構(gòu)想，遂圖式中僅顯示與本實用新型中有關(guān)的組件而非按照實際實施時的組件數(shù)目、形狀及尺寸繪制，其實際實施時各組件的型態(tài)、數(shù)量及比例可為一種隨意的改變，且其組件布局型態(tài)也可能更為復(fù)雜。
[0044]實施例一
[0045]本實用新型提供一種溝槽MOSFET結(jié)構(gòu)，請參閱圖1，顯示為該結(jié)構(gòu)的剖視圖，包括N型重摻雜襯底I及形成于所述N型重摻雜襯底I上的N型輕摻雜外延層2 ;所述N型輕摻雜外延層2中形成有若干元胞區(qū)溝槽結(jié)構(gòu)3及若干終端區(qū)溝槽結(jié)構(gòu)4，其中:至少一個終端區(qū)溝槽結(jié)構(gòu)4底部連接有P型摻雜結(jié)構(gòu)5。
[0046]所述元胞區(qū)溝槽結(jié)構(gòu)3位于溝槽MOSFET結(jié)構(gòu)的元胞區(qū)I，所述終端區(qū)溝槽結(jié)構(gòu)4位于溝槽MOSFET結(jié)構(gòu)的終端區(qū)II。
[0047]具體的，所述N型重摻雜襯底I作為溝槽MOSFET結(jié)構(gòu)的漏區(qū)，所述N型輕摻雜外延層2作為溝槽MOSFET結(jié)構(gòu)的漂移區(qū)。需要說明的是，溝槽MOSFET結(jié)構(gòu)還包括溝道區(qū)(一般位于相鄰元胞區(qū)溝槽結(jié)構(gòu)之間，并位于漂移區(qū)上部，為P型摻雜)、源區(qū)(一般位于溝道區(qū)兩端并與元胞區(qū)溝槽結(jié)構(gòu)接觸，為N型重摻雜)、柵極金屬線(作用是將各柵極連接起來)等部件(未圖示)，其結(jié)構(gòu)及分布為本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知，此處不再贅述。
[0048]具體的，所述N型輕摻雜外延層2可分為上下兩層，自下而上依次為第一 N型輕摻雜層及第二 N型輕摻雜層，所述第一 N型輕摻雜層與所述第二 N型輕摻雜層的濃度可以相同，也可以不同，即所述第一 N型輕摻雜層的摻雜濃度可以大于或等于所述第二 N型輕摻雜層的摻雜濃度，也可以小于所述第二 N型輕摻雜層的摻雜濃度，可根據(jù)具體需求進行調(diào)整。其中，所述P型摻雜結(jié)構(gòu)5形成于所述第一 N型輕摻雜層中，從所述第一 N型輕摻雜層上表面往下延伸預(yù)設(shè)距離；所述終端區(qū)溝槽結(jié)構(gòu)4形成于所述第二 N型輕摻雜層中，從所述第二N型輕摻雜層上表面往下延伸至所述第一 N型輕摻雜層上表面。
[0049]具體的，所述終端區(qū)溝槽結(jié)構(gòu)4包括形成于溝槽內(nèi)表面的溝槽氧化層41及填充于溝槽內(nèi)的多晶硅層42。所述溝槽氧化層42采用厚氧化層，可以提高終端區(qū)的耐壓能力。本實施例中，所述溝槽氧化層42的厚度范圍優(yōu)選為2000?6000埃。所述元胞區(qū)溝槽結(jié)構(gòu)3包括形成于溝槽內(nèi)表面的柵氧化層31及填充于溝槽內(nèi)的多晶硅層32。
[0050]特別的，所述終端區(qū)溝槽結(jié)構(gòu)4底部的P型摻雜結(jié)構(gòu)5能夠降低其所在區(qū)域的N型摻雜濃度，從而增大器件工作時終端區(qū)溝槽結(jié)構(gòu)表面的耗盡程度，有助于提升中壓MOSFET( > 150V)終端區(qū)的耐壓能力。所述P型摻雜結(jié)構(gòu)5的寬度小于或等于所述終端區(qū)溝槽結(jié)構(gòu)4的寬度，圖1顯示的為所述P型摻雜結(jié)構(gòu)5的寬度略小于所述終端區(qū)4的寬度的情形。
[0051]一般情況下，終端區(qū)II包括多