專利名稱：功率型分離器件金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體技術(shù)，具體地說是一種功率型分離器件金屬氧化物
半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(MOSFET )。
背景技術(shù)：
在現(xiàn)有技術(shù)中，功率型分離器件金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管 MOSFET由帶有阻障層的雪崩耐能單元和復(fù)合圍在雪崩耐能單元上面的邊 界區(qū)域及填充在邊界區(qū)域中部和上面并與雪崩耐能單元導(dǎo)通的金屬材料接 觸窗口 (5)構(gòu)成，雪崩耐能單元下面復(fù)合有襯底，邊界區(qū)域由隔離層(l-l) 與氧化擴散層(22)之間設(shè)置的復(fù)合半導(dǎo)體材料層(2)組成。邊界區(qū)域結(jié) 構(gòu)(參見圖l-l)， 一般為隔離層1-1 (釆用硼磷硅玻璃(BPSG))與氧化 擴散層3 (FOX)之間設(shè)復(fù)合半導(dǎo)體材料層2 (POLY)，復(fù)合半導(dǎo)體材料層 (2)內(nèi)端與氧化擴散層內(nèi)端取齊，復(fù)合半導(dǎo)體材料層外端與隔離層(1-1) 及氧化擴散層(22)的右端取齊。不足之處在于現(xiàn)行結(jié)構(gòu)對崩潰電壓的 提升沒有多大的變化，即使更換外延片(EPI)材料，也只能達到60V。如 果用于高于100V的電壓，就容易在復(fù)合半導(dǎo)體材料層(2)外端產(chǎn)生尖端 放電，破壞功率型分離器件MOSFET。另外，MOSFET器件的結(jié)構(gòu)，在應(yīng) 用上有時會遇到特殊場合，例如在高電壓逆接狀況下還須流過特定電流， 此時Avalanche (雪崩耐能)就需要考慮。MOSFET通道是垂直型，所以在 鄰近的兩個N+通道之間的寬度多一阻障層(Heavy Body )。阻障層寬度會 影響雪崩耐能的能力，寬度越寬則能力越強。目前雪崩耐能單元結(jié)構(gòu)中阻 障層的一邊寬度只有2.5um，與N+通道寬度相同，整體呈正方形，雪崩耐 能能力為300mw。參考圖2-l，已有的功率型分離器件MOSFET不足在于 未考慮到實際應(yīng)用所需的雪崩耐能的能力， 一味的追尋小尺寸，低成本而 造成應(yīng)用上容易燒毀?？傊壳肮β市头蛛x器件MOSFET的邊界區(qū)域崩潰
電壓提升效果及雪崩耐能單元的雪崩耐能能力不夠理想。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明就是要解決已有的功率型分離器件金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶 體管MOSFET邊界區(qū)域崩潰電壓低，使得整個器件耐電壓能力比較低的技術(shù)問題，提供一種能提升崩潰電壓、同時提高雪崩耐能能力的高電壓高電
流的功率型分離器件金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管MOSFET。
為了解決已有上述技術(shù)問題，本發(fā)明高電壓高電流的功率型分離器件 金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管MOSFET (參見附圖2-1 )所釆用的技術(shù)方 案是包括由帶有阻障層的雪崩耐能單元和復(fù)合圍在雪崩耐能單元上面的 邊界區(qū)域及填充在邊界區(qū)域中部和上面并與雪崩耐能單元導(dǎo)通的金屬材料 接觸窗口(5)構(gòu)成，雪崩耐能單元下面復(fù)合有襯底，邊界區(qū)域由隔離層(1-1) 與氧化擴散層(22)之間設(shè)置的復(fù)合半導(dǎo)體材料層(2)組成，其特征在于 氧化擴散層(22)外端下面與活化區(qū)(4)相鄰接；活化區(qū)(4)(增加活化 區(qū)的作用增加電子流通率)與N"通道外端對接，從而增加高電流的承載 能力；復(fù)合半導(dǎo)體材料層(2)外端和氧化擴散層外端向內(nèi)錯，且在復(fù)合半 導(dǎo)體材料層(2)和氧化擴散層相錯的外端加設(shè)包敷隔離層(1-2)。這樣氧 化擴散層(22)和復(fù)合半導(dǎo)體材料層(2)外端向內(nèi)縮進并在他們外端加設(shè) 包敷隔離層(1-2 ),就有效地防止氧化擴散層(22)和復(fù)合半導(dǎo)體材料層(2 ) 外端外露放電，特別是也可以防止了尖端放電，這就有效可以提高器件的 耐高壓能力。特別是還在氧化擴散層(22)水平方向上包敷隔離層外加設(shè) 底隔離層(l-3),就更能防止放電，從而提高器件的耐高壓能力。 一般為了 提高電壓的同時也提高電流的能力，可以加寬金屬材料接觸窗口 (5)及 N"通道寬度。如果在縱橫兩個方向都加寬，則在縱橫兩個方向，復(fù)合半導(dǎo) 體材料層(2)外端和氧化擴散層外端向內(nèi)縮并加設(shè)包敷隔離層(1-2)。如 果只在縱橫的其中個方向都加寬，則在這個方向的復(fù)合半導(dǎo)體材料層(2) 外端和氧化擴散層外端向內(nèi)縮并加設(shè)包敷隔離層(1-2 )。當然最好還在這些 方向上外端加設(shè)底隔離層(1-3 )。本發(fā)明的功率型分離器件金屬氧化物半導(dǎo) 體場效應(yīng)晶體管，最好是復(fù)合半導(dǎo)體材料層(2 )外端短于氧化擴散層外端， 形成階梯狀態(tài)，再在它們的階梯外端加設(shè)包敷隔離層(1-2),更能有效防止 尖端放電，提高耐壓能力。
為了進一步提高了雪崩耐能能力，本發(fā)明的功率型分離器件金屬氧化 物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管，所述雪崩耐能單元結(jié)構(gòu)中阻障層整體呈長方形， 其長邊水平向設(shè)置在N"通道之間，阻障層長的一邊的長度大于N+通道寬 度。最好是與氧化擴散層(22) —端相鄰的活化區(qū)(4)位于底隔離層(1-3) 及包敷隔離層(1-2)的下方。所述接觸窗口 (5)位于電子流的路徑上，與 源極同材料。本發(fā)明與已有技術(shù)相比具有如下的有益效果
1. 提高了雪崩耐能能力。本發(fā)明加大了兩個N"之間的阻障層的寬度，
使多量濃度區(qū)域p+的區(qū)域加大，從而降低了半導(dǎo)體與金屬層的電阻，達到 增加雪崩耐能強度之目的。
2. 提升崩潰電壓。由于本發(fā)明對邊界區(qū)域進行了改進，加設(shè)底隔離層、 包敷隔離層，并開設(shè)有接觸窗口，構(gòu)成一種強化型邊界區(qū)域，它可以將崩 潰電壓推升達到200V。
3. 成本低。改進了的、強化型邊界與器件本身制作材料相同，不需更 換額外的材料，因而有效地節(jié)約了制作成本。


附圖中表示了現(xiàn)有技術(shù)和本發(fā)明的功率型分離器件金屬氧化物半導(dǎo)體
場效應(yīng)晶體管MOSFET結(jié)構(gòu)示意圖，其中
圖1-1為現(xiàn)有技術(shù)中MOSFET主剖視結(jié)構(gòu)示意圖1-2為現(xiàn)有技術(shù)中MOSFET的俯視圖2-1為本發(fā)明的MOSFET主剖視結(jié)構(gòu)示意圖2-2為本發(fā)明的MOSFET的俯視圖；
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖的實施例對本發(fā)明作進一步說明。 實施例1
在現(xiàn)有技術(shù)中，對MOSFET器件的邊界區(qū)域這部份設(shè)計會釆用不同的 方式(參見圖l-l, 1-2)，有些使用不同材料，有些使用不同結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明作了進一步改進(參見圖2-l，2-2)，這種本發(fā)明高電壓高電流的 功率型分離器件金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管MOSFET所釆用的技術(shù)方 案是由帶有阻障層(24)的雪崩耐能單元和復(fù)合圍在雪崩耐能單元上面 的邊界區(qū)域及填充在邊界區(qū)域中部和上面并與雪崩耐能單元導(dǎo)通的金屬材 料接觸窗口 ( 5 )構(gòu)成。雪崩耐能單元包括23為N"通道；24為阻障層(Heavy Body); 25為基礎(chǔ)P層(Body); 26為外延片(EPI); 27為襯底(N+substrae )。 也就是雪崩耐能單元下面復(fù)合有襯底。邊界區(qū)域由隔離層(1-1)與作為柵 極的氧化擴散層(22)之間設(shè)置的復(fù)合半導(dǎo)體材料層(2)組成。氧化擴散 層(22)外端下面與活化區(qū)(4)相鄰接，以在增加電子流通率后通道的導(dǎo) 通阻抗相對應(yīng)降低，溫升問題獲得改善，提高電流流通能力；活化區(qū)(4) 與N"通道(23 )外端對接；復(fù)合半導(dǎo)體材料層(2 )外端和氧化擴散層(22 ) 外端向內(nèi)錯，且在復(fù)合半導(dǎo)體材料層(2)和氧化擴散層(22)相錯的外端加設(shè)包敷隔離層(1-2)。這樣氧化擴散層(22)和復(fù)合半導(dǎo)體材料層(2) 外端向內(nèi)縮進，復(fù)合半導(dǎo)體材料層(2)外端短于氧化擴散層(22)外端， 形成階梯狀態(tài)，再在它們的階梯外端加設(shè)包敷隔離層(l-2),這樣就更能有 效防止尖端放電，提高耐壓能力。在他們外端加設(shè)包敷隔離層(1-2)，還在 氧化擴散層(22)水平方向上包敷隔離層外加設(shè)底隔離層(1-3),就有效地 防止氧化擴散層(22)和復(fù)合半導(dǎo)體材料層(2)外端外露放電，特別是也 可以防止了尖端放電，從而就有效可以提高器件的耐高壓能力。這種本發(fā) 明技術(shù)方案方式的優(yōu)點有
1) 電子遷移速率加快。由于本發(fā)明在活化區(qū)區(qū)域上方加入的復(fù)合半導(dǎo) 體材料層基礎(chǔ)上，加設(shè)底隔離層(l-3)、包敷隔離層，在包敷隔離層(l-2)、 底隔離層(1-3)、隔離層(1-1)上面設(shè)置接觸窗口 (5),以及隔離層(1-1) 之間開設(shè)大開度的接觸窗口 (5)，可使電子遷移速率加快，使其電子能快 速遷移至柵極。
2) 可提升崩潰電壓。本發(fā)明的改進結(jié)構(gòu)的強化型邊界區(qū)域可以將崩潰 電壓推升達到200V。只需要更換外延片，而不需要在重新設(shè)計，在200V 以內(nèi)都可以適用。
本發(fā)明所述器件是大功率型MOSFET,其組件尺寸較大，為能使組件 周邊的電子速率能迅速到達柵極所加設(shè)的復(fù)合半導(dǎo)體材料層即可克服功率 器件遷移率(Mobility)較慢的問題。請參考如下原理 電子遷移率nn=qTc/mn*; 電動遷移率(xp= qic/mp*; 其中《代表電子電荷數(shù)，化代表碰撞平均時間，m一代表電子有效質(zhì) 量，mpf代表電動有效質(zhì)量。
3) 成本低。本發(fā)明的制備中所釆用的材料與器件本身制作材料相同， 不需更換額外的新材料，所以成本較低。
實施例2
一種本發(fā)明的功率型分離器件金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管，由帶 有阻障層(24)的雪崩耐能單元和復(fù)合圍在雪崩耐能單元上面的邊界區(qū)域 及填充在邊界區(qū)域中部和上面并與雪崩耐能單元導(dǎo)通的金屬材料接觸窗口 (5)構(gòu)成。這種本發(fā)明功率型分離器件金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管的 雪崩耐能單元結(jié)構(gòu)的改進如圖2-1、 2-2所示，其中雪崩耐能單元的阻障層 整體呈長方形，長的一邊的長度大于W通道(23)寬度，換言之，在垂直邊 寬度不變的情況下，左右水平邊寬度加長(如加大至3.5um，而現(xiàn)有技術(shù)中正方形的四個邊均為2.5um)其長邊水平向設(shè)置在W通道之間；用以降 低阻值、增加雪崩耐能的強度。特別是就更能防止放電，從而提高器件的 耐高壓能力。為了提高電壓的同時也提高電流的能力，可以在左右加寬金 屬材料接觸窗口 (5)及N"通道寬度。在這個左右方向上外端加設(shè)底隔離層 (1-3)。為了進一步提高了雪崩耐能能力，本發(fā)明的功率型分離器件金屬氧 化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管，所述雪崩耐能單元結(jié)構(gòu)中阻障層整體呈長方形， 其長邊水平向設(shè)置在W通道之間，阻障層長的一邊的長度大于W通道寬 度。最好是與氧化擴散層(22) —端相鄰的活化區(qū)(4)位于底隔離層(1-3) 及包敷隔離層(1-2)的下方。所述接觸窗口 (5)位于電子流的路徑上，與 源極同材料。
圖2-l中2為復(fù)合半導(dǎo)體材料層(POLY); 22為柵極氧化層；23為 W通道；24為阻障層(Heavy Body); 25為基礎(chǔ)P層(Body); 26為外延 片(EPI); 27為襯底(N+substrae)。
由圖2-1和圖2-2可知兩個N"之間的寬度變寬則表示多量濃度P+的區(qū) 域加大，則阻值會降低，可允許經(jīng)過的電流則增大。
一個低電阻的界面，可提供金屬與半導(dǎo)體之間做兩個方向的導(dǎo)通。由于 電組可以定義為電壓與電流的比，因溫度而電流增加意味著電組減少。電 流正比于載子數(shù)目與電場方向的凈速度。
以下是MOSFET的電阻計算方式，用來幫助加深理解
<formula>formula see original document page 7</formula>其中RN+為N^廣散源(source diffusion)所產(chǎn)生的阻值； RcH為通道(channel)所產(chǎn)生的阻值； RA為聚集層(accumulationlayer)所產(chǎn)生的阻值； Rj為N型基底(Nbase)間的漂移區(qū)(driftregion)所產(chǎn)生的阻值； RE為外延片(EPIregion)所產(chǎn)生的阻值； Rs為襯底(substrate)所產(chǎn)生的阻值。
『D
<formula>formula see original document page 7</formula>其中『D區(qū)域?qū)挾?，A^:EPI直入化學(xué)元素濃度，《電子， 電 子遷移率，^py^:崩潰電壓。
可見，增加P+區(qū)域的寬度可以降低半導(dǎo)體與金屬層的電阻，達到增加 雪崩耐能的強度。
權(quán)利要求
1.一種功率型分離器件金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管，由帶有阻障層的雪崩耐能單元和復(fù)合圍在雪崩耐能單元上面的邊界區(qū)域及填充在邊界區(qū)域中部和上面并與雪崩耐能單元導(dǎo)通的金屬材料接觸窗口(5)構(gòu)成，雪崩耐能單元下面復(fù)合有襯底，邊界區(qū)域由隔離層(1-1)與氧化擴散層(22)之間設(shè)置的復(fù)合半導(dǎo)體材料層(2)組成，其特征在于氧化擴散層(22)外端下面與活化區(qū)(4)相鄰接；活化區(qū)(4)與N+通道(23)外端對接；復(fù)合半導(dǎo)體材料層(2)外端和氧化擴散層外端向內(nèi)錯，且在復(fù)合半導(dǎo)體材料層(2)和氧化擴散層相錯的外端加設(shè)包敷隔離層(1-2)。
2. 按照權(quán)利要求1所述功率型分離器件金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體 管，其特征在于還在氧化擴散層(22)水平方向上包敷隔離層外加設(shè)底 隔離層(1-3)。
3. 按照權(quán)利要求1所述功率型分離器件金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體 管，其特征在于所述雪崩耐能單元結(jié)構(gòu)中阻障層整體呈長方形，其長邊 水平向設(shè)置在W通道之間，阻障層長的一邊的長度大于N+通道寬度。
4. 按照權(quán)利要求1所述功率型分離器件金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體 管，其特征在于與氧化擴散層一端相鄰的活化區(qū)(4)位于底隔離層(l-3) 及包敷隔離層(1-2)的下方。
5. 按照權(quán)利要求1所述功率型分離器件金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體 管，其特征在于復(fù)合半導(dǎo)體材料層(2)外端短于氧化擴散層外端。
6. 按照權(quán)利要求1所述功率型分離器件金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體 管，其特征在于所述接觸窗口 (5)位于電子流的路徑上，與源極同材料。
全文摘要
功率型分離器件金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管由帶有阻障層的雪崩耐能單元和復(fù)合圍在雪崩耐能單元上面的邊界區(qū)域及填充在邊界區(qū)域中部和上面并與雪崩耐能單元導(dǎo)通的金屬材料接觸窗口(5)構(gòu)成，雪崩耐能單元下面復(fù)合有襯底，邊界區(qū)域由隔離層(1-1)與氧化擴散層(22)之間設(shè)置的復(fù)合半導(dǎo)體材料層(2)組成，氧化擴散層外端下面與活化區(qū)(4)相鄰接；活化區(qū)與N⁺通道外端對接；復(fù)合半導(dǎo)體材料層外端和氧化擴散層外端向內(nèi)錯，且在復(fù)合半導(dǎo)體材料層和氧化擴散層相錯的外端加設(shè)包敷隔離層(1-2)。這樣氧化擴散層和復(fù)合半導(dǎo)體材料層外端向內(nèi)縮進并在他們外端加設(shè)包敷隔離層，就有效地防止氧化擴散層和復(fù)合半導(dǎo)體材料層外端外露放電，就能防止放電，從而提高器件的耐高壓能力。
文檔編號H01L23/60GK101315949SQ20071001153
公開日2008年12月3日 申請日期2007年6月1日 優(yōu)先權(quán)日2007年6月1日
發(fā)明者呂新立, 楊春松 申請人:大連華坤科技有限公司;大連宇宙電子有限公司