專利名稱：超結(jié)縱向雙擴散金屬氧化物場效應晶體管終端結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于半導體功率器件技術(shù)領(lǐng)域，涉及受可動離子沾污影響的硅制高壓功率器件，特別適用于硅制超結(jié)縱向雙擴散金屬氧化物場效應晶體管(Superjunction VDMOS, 即超結(jié)VDM0S，一下均簡寫為超結(jié)VDM0S)，更具體的說，涉及一種在高溫反偏條件下具有高可靠性的硅制超結(jié)VDMOS的終端結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
目前，功率器件在日常生活、生產(chǎn)等領(lǐng)域的應用越來越廣泛，特別是功率金屬氧化物半導體場效應晶體管，由于它們擁有較快的開關(guān)速度、較小的驅(qū)動電流、較寬的安全工作區(qū)，因此受到了眾多研究者們的青睞。如今，功率器件正向著提高工作電壓、增加工作電流、 減小導通電阻和集成化的方向發(fā)展。超結(jié)的發(fā)明是功率金屬氧化物半導體場效應晶體管技術(shù)上的一個里程碑。功率器件不僅在國防、航天、航空等尖端技術(shù)領(lǐng)域倍受青睞，在工業(yè)，民用家電等領(lǐng)域也同樣為人們所重視。隨著功率器件的日益發(fā)展，其可靠性也已經(jīng)成為人們普遍關(guān)注的焦點。功率器件為電子設(shè)備提供所需形式的電源和電機設(shè)備提供驅(qū)動，幾乎一切電子設(shè)備和電機設(shè)備都需用到功率器件，所以對器件可靠性的研究有著至關(guān)重要的意義。可靠性的定義是，產(chǎn)品在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時間內(nèi)完成規(guī)定功能的能力。所謂規(guī)定的條件，主要指使用條件和環(huán)境條件。使用條件是指那些將進入到產(chǎn)品或材料內(nèi)部而起作用的應力條件，如電應力、化學應力和物理應力?？煽啃栽囼灥姆秶浅V泛，其目的是為了考核電子元器件等電子產(chǎn)品在儲存、運輸和工作過程中可能遇到各種復雜的機械、環(huán)境條件。由于功率器件的應用場合，高溫高壓條件下的可靠性性顯得尤為重要，高溫反偏 (High Temperature Reverse bias, HTRB)測試正是為了評估功率芯片在高溫反偏條件下的使用壽命以及可靠性所進行的一種可靠性測試；在高溫高壓條件下由封裝引入的可動離子(主要是納離子)會有一定幾率穿過功率器件芯片的鈍化層和介質(zhì)層進入到硅與二氧化硅的界面，這些可動離子會改變功率器件的硅表面電場分布使器件的耐壓退化。因此，降低功率器件在高溫反偏測試下的耐壓敏感度有著極其重要的意義。通過在超結(jié)VDMOS的終端結(jié)構(gòu)硅表面設(shè)置可動離子阻斷結(jié)構(gòu)能夠抑制可動離子由超結(jié)VDMOS的終端結(jié)構(gòu)區(qū)域向芯片中心區(qū)域移動。在阻斷結(jié)構(gòu)附近電場線比較密集，從而電場強度較大；相對于其它區(qū)域，在阻斷結(jié)構(gòu)附近電場強度大小會有局部的峰值(以下稱為峰值電場)。當可動離子移動到阻斷結(jié)構(gòu)附近時，受到峰值電場的作用，可動離子將被固定在阻斷結(jié)構(gòu)附近某處，不再繼續(xù)移動。因此，設(shè)置在超結(jié)VDMOS終端結(jié)構(gòu)表面的阻斷結(jié)構(gòu)能夠抑制可動離子的移動，從而達到提高超結(jié)VDMOS抗可動離子沾污的能力。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了超結(jié)縱向雙擴散金屬氧化物場效應晶體管終端結(jié)構(gòu)，所涉及的結(jié)構(gòu)能夠阻止可動離子移動到芯片內(nèi)部，提高了晶體管抗可動離子沾污的能力。本發(fā)明采用如下技術(shù)方案
超結(jié)縱向雙擴散金屬氧化物場效應晶體管終端結(jié)構(gòu)，包括兼做漏區(qū)的N型重摻雜硅襯底，在N型重摻雜硅襯底的下表面設(shè)置有漏極金屬，在N型重摻雜硅襯底的上表面設(shè)有N 型摻雜硅外延層，在N型摻雜硅外延層上設(shè)有超結(jié)結(jié)構(gòu)，所述的超結(jié)結(jié)構(gòu)包括P型摻雜硅柱狀區(qū)域和N型摻雜硅柱狀區(qū)域，P型摻雜硅柱狀區(qū)域和N型摻雜硅柱狀區(qū)域交替排列，在所述的超結(jié)結(jié)構(gòu)上設(shè)有二氧化硅層，其特征在于，在P型摻雜硅柱狀區(qū)域頂部設(shè)有一排N型摻雜硅區(qū)域，在N型摻雜硅柱狀區(qū)域頂部設(shè)有一排P型摻雜硅區(qū)。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點
1、本發(fā)明結(jié)構(gòu)在傳統(tǒng)的超結(jié)結(jié)構(gòu)的P型摻雜硅柱狀區(qū)域頂部設(shè)有一排N型摻雜硅區(qū)域，并且在傳統(tǒng)的超結(jié)結(jié)構(gòu)的N型摻雜硅柱狀區(qū)域頂部設(shè)有一排P型摻雜硅區(qū)，設(shè)置在P型摻雜硅柱狀區(qū)域頂部的每個N型摻雜硅區(qū)域在與P型摻雜硅柱狀區(qū)域的交界處附近能夠形成峰值電場，同時設(shè)置在N型摻雜硅柱狀區(qū)域頂部的每個P型摻雜硅區(qū)域在與N型摻雜硅柱狀區(qū)域的交界處附近能夠形成峰值電場，在P型摻雜硅柱狀區(qū)域頂部和N型摻雜硅柱狀區(qū)域頂部形成的峰值電場能夠?qū)⒁苿拥礁浇目蓜与x子固定住，使可動離子無法到達芯片內(nèi)部，從而提高了芯片的可靠性。


圖1是本發(fā)明內(nèi)容所涉及的超結(jié)縱向雙擴散金屬氧化物場效應晶體管終端結(jié)構(gòu)位于芯片中的位置示意圖。圖2是本發(fā)明的超結(jié)縱向雙擴散金屬氧化物場效應晶體管終端結(jié)構(gòu)的俯視示意圖，其中P型摻雜硅柱狀區(qū)域頂部的N型摻雜硅區(qū)域與N型摻雜硅柱狀區(qū)域頂部的P型摻雜硅區(qū)域平齊排列。圖3是圖2中本發(fā)明的超結(jié)縱向雙擴散金屬氧化物場效應晶體管終端結(jié)構(gòu)沿AA’ 方向的剖面圖。圖4是圖2中本發(fā)明的超結(jié)縱向雙擴散金屬氧化物場效應晶體管終端結(jié)構(gòu)沿BB’ 方向的剖面圖，其中含有該結(jié)構(gòu)表面峰值電場的示意圖。圖5是圖2中本發(fā)明的超結(jié)縱向雙擴散金屬氧化物場效應晶體管終端結(jié)構(gòu)沿CC’ 方向的剖面圖。圖6是本發(fā)明的超結(jié)縱向雙擴散金屬氧化物場效應晶體管終端結(jié)構(gòu)的的俯視示意圖，其中P型摻雜硅柱狀區(qū)域頂部的N型摻雜硅區(qū)域與N型摻雜硅柱狀區(qū)域頂部的P型摻雜硅區(qū)域錯位排列。
具體實施例方式超結(jié)縱向雙擴散金屬氧化物場效應晶體管終端結(jié)構(gòu)，包括兼做漏區(qū)的N型重摻雜硅襯底4，在N型重摻雜硅襯底4的下表面設(shè)置有漏極金屬11，在N型重摻雜硅襯底4的上表面設(shè)有N型摻雜硅外延層5，在N型摻雜硅外延層5上設(shè)有超結(jié)結(jié)構(gòu)，所述的超結(jié)結(jié)構(gòu)包括P型摻雜硅柱狀區(qū)域6和N型摻雜硅柱狀區(qū)域7，P型摻雜硅柱狀區(qū)域6和N型摻雜硅柱狀區(qū)域7交替排列，在所述的超結(jié)結(jié)構(gòu)上設(shè)有二氧化硅層8，其特征在于，在P型摻雜硅柱狀區(qū)域6頂部設(shè)有一排N型摻雜硅區(qū)域9，在N型摻雜硅柱狀區(qū)域7頂部設(shè)有一排P型摻雜硅區(qū)域10。N型摻雜硅區(qū)域9與P型摻雜硅區(qū)域10的位置排列為以下兩種方式之一
(I)P型摻雜硅柱狀區(qū)域6頂部的N型摻雜硅區(qū)域9與N型摻雜硅柱狀區(qū)域7頂部的 P型摻雜硅區(qū)域10平齊排列。(2) P型摻雜硅柱狀區(qū)域6頂部的N型摻雜硅區(qū)域9與N型摻雜硅柱狀區(qū)域7頂部的P型摻雜硅區(qū)域10錯位排列。下面參照附圖，對本發(fā)明的具體實施方式
做出更為詳細的說明
參考圖1，本發(fā)明涉及的超結(jié)縱向雙擴散金屬氧化物場效應晶體管終端結(jié)構(gòu)1位于過渡區(qū)2周圍，所述過渡區(qū)2包圍原胞區(qū)3。圖2是本發(fā)明的超結(jié)縱向雙擴散金屬氧化物場效應晶體管終端結(jié)構(gòu)的俯視示意圖，其中P型摻雜硅柱狀區(qū)域6頂部的N型摻雜硅區(qū)域9與N型摻雜硅柱狀區(qū)域7頂部的P 型摻雜硅區(qū)域10平齊排列。沿圖2中々々’、88’、0’的剖面示意圖分別為圖3、圖4、圖5。 圖4中縱坐標E為圖2所示的一種超結(jié)縱向雙擴散金屬氧化物場效應管終端結(jié)構(gòu)的表面電場強度大小，橫坐標X為沿該終端結(jié)構(gòu)表面從左至右的位置，可以從電場強度大小E沿X的變化看出，在圖2所示的終端結(jié)構(gòu)的表面形成了多個電場強度峰值。圖6是本發(fā)明的超結(jié)縱向雙擴散金屬氧化物場效應晶體管終端結(jié)構(gòu)的俯視示意圖，其中P型摻雜硅柱狀區(qū)域6頂部的N型摻雜硅區(qū)域9與N型摻雜硅柱狀區(qū)域7頂部的 P型摻雜硅區(qū)域10錯位排列。
權(quán)利要求
1.種超結(jié)縱向雙擴散金屬氧化物場效應晶體管終端結(jié)構(gòu)，包括兼做漏區(qū)的N型重摻雜硅襯底G)，在N型重摻雜硅襯底(4)的下表面設(shè)置有漏極金屬(11)，在N型重摻雜硅襯底的上表面設(shè)有N型摻雜硅外延層(5)，在N型摻雜硅外延層( 上設(shè)有超結(jié)結(jié)構(gòu)，所述的超結(jié)結(jié)構(gòu)包括P型摻雜硅柱狀區(qū)域(6)和N型摻雜硅柱狀區(qū)域(7)，P型摻雜硅柱狀區(qū)域(6)和N型摻雜硅柱狀區(qū)域(7)交替排列，在所述的超結(jié)結(jié)構(gòu)上設(shè)有二氧化硅層(8)，其特征在于，在P型摻雜硅柱狀區(qū)域(6)頂部設(shè)有一排N型摻雜硅區(qū)域(9)，在N型摻雜硅柱狀區(qū)域(7)頂部設(shè)有一排P型摻雜硅區(qū)域(10)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超結(jié)縱向雙擴散金屬氧化物場效應晶體管終端結(jié)構(gòu)，其特征在于，P型摻雜硅柱狀區(qū)域(6)頂部的N型摻雜硅區(qū)域(9)與N型摻雜硅柱狀區(qū)域(7)頂部的P型摻雜硅區(qū)域(10)平齊排列。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超結(jié)縱向雙擴散金屬氧化物場效應晶體管終端結(jié)構(gòu)，其特征在于，P型摻雜硅柱狀區(qū)域(6)頂部的N型摻雜硅區(qū)域(9)與N型摻雜硅柱狀區(qū)域(7)頂部的P型摻雜硅區(qū)域(10)錯位排列。
全文摘要
一種超結(jié)縱向雙擴散金屬氧化物場效應晶體管終端結(jié)構(gòu)，包括兼做漏區(qū)的N型重摻雜硅襯底，在N型重摻雜硅襯底的下表面設(shè)置有漏極金屬，在N型重摻雜硅襯底的上表面設(shè)有N型摻雜硅外延層，在N型摻雜硅外延層上設(shè)有超結(jié)結(jié)構(gòu)，所述的超結(jié)結(jié)構(gòu)包括P型摻雜硅柱狀區(qū)域和N型摻雜硅柱狀區(qū)域，P型摻雜硅柱狀區(qū)域和N型摻雜硅柱狀區(qū)域交替排列，在所述的超結(jié)結(jié)構(gòu)上設(shè)有二氧化硅層，其特征在于，在P型摻雜硅柱狀區(qū)域頂部設(shè)有一排N型摻雜硅區(qū)域，在N型摻雜硅柱狀區(qū)域頂部設(shè)有一排P型摻雜硅區(qū)域。
文檔編號H01L29/06GK102315274SQ20111031181
公開日2012年1月11日 申請日期2011年10月15日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月15日
發(fā)明者孫偉鋒, 時龍興, 林顏章, 祝靖, 錢欽松, 陸生禮, 馬文力 申請人:東南大學