專利名稱：一種快速超結縱向雙擴散金屬氧化物半導體管的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于半導體功率器件技術領域，涉及快速開關的硅制高壓功率器件，特別適用于娃制超結縱向雙擴散金屬氧化物場效應晶體管(Superjunction VDM0S,即超結VDM0S，一下均簡寫為超結VDM0S)，更具體的說，涉及一種可以快速開關、超低損耗的硅制超結VDMOS的結構。
背景技術：
目前，功率器件在日常生活、生產等領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速度、較小的驅動電流、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、加快開關速度和集成化的方向發(fā)展。在眾多的功率金屬氧化物半導體場效應晶體管器件中，尤其是在縱向功率金屬氧化物半導體場效應晶體管中，超結半導體功率器件的發(fā)明，它克服傳統(tǒng)功率金屬氧化物半導體場效應管導通電阻與擊穿電壓之間的矛盾，改變了傳統(tǒng)功率器件依靠漂移層耐壓的結構，而是采用了一種“超結結構”——P型、N型硅半導體材料在漂移區(qū)相互交替排列的形式。這種結構改善了擊穿電壓和導通電阻不易同時兼顧的情況，在截止態(tài)時，由于P型柱和N型柱中的耗盡區(qū)電場產生相互補償效應，使P型柱和N型柱的摻雜濃度可以做得很高而不會引起器件擊穿電壓的下降。導通時，這種高濃度的摻雜器件的導通電阻明顯降低。由于超結縱向雙擴散金屬氧化物半導體場效應管的這種獨特器件結構，使它的電性能明顯優(yōu)于傳統(tǒng)功率金屬氧化物半導體場效應晶體管，因此這種技術被人們稱為功率金屬氧化物半導體場效應晶體管技術上的一個里程碑。功率器件不僅在國防、航天、航空等尖端技術領域倍受青睞，在工業(yè)，民用家電等領域也同樣為人們所重視。隨著功率器件的日益發(fā)展，其可靠性也已經成為人們普遍關注的焦點。功率器件為電子設備提供所需形式的電源和電機設備提供驅動，幾乎一切電子設備和電機設備都需用到功率器件，所以對器件可靠性的研究有著至關重要的意義?？煽啃缘亩x是產品在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時間內，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品或材料內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。然而，傳統(tǒng)超結縱向雙擴散金屬氧化物半導體管中，由于漂移區(qū)的濃度遠遠高于縱向雙擴散金屬氧化物半導體場效應晶體管，使其柵極寄生電容很高，在器件開關過程中，影響開關速度與開關損耗。另外，傳統(tǒng)縱向雙擴散金屬氧化物半導體場效應管中，由于開關速度很快，在器件的漏源兩端的電壓快速變化，漏源電容產生很大的漂移電流，流過P型摻雜區(qū)，導致器件寄生三極管導通，器件失效。
發(fā)明內容
本發(fā)明提供了一種快速超結縱向雙擴散金屬氧化物半導體管，所涉及的結構能減小柵極寄生電容，加快器件的開關速度，減小器件開關過程的損耗，并且能抑制器件內寄生三極管的開啟，提高器件的可靠性。本發(fā)明提供如下技術方案一種快速超結縱向雙擴散金屬氧化物半導體管，包括兼做漏區(qū)的N型摻雜硅襯底、N型摻雜娃外延層、超結結構,所述的N型摻雜娃外延層設在N型摻雜娃襯底上,超結結構設在N型硅摻雜半導體區(qū)上，所述的超結結構由間隔排列的P型柱和N型柱組成，在P型柱上有第一 P型摻雜半導體區(qū)，且第一 P型摻雜半導體區(qū)位于N型摻雜外延層內，在第一 P型摻雜半導體區(qū)中設有第二 P型重摻雜半導體接觸區(qū)和N型重摻雜半導體源區(qū)，在N型柱上方設有柵氧化層，在柵氧化層上方設有多晶硅柵，在多晶硅柵上設有第一型氧化層，在第二 P型重摻雜半導體接觸區(qū)和N型重摻雜半導體源區(qū)上連接有源極金屬，在N型柱表面有源極埋層，源極埋層包括薄氧化層和薄氧化層上的多晶硅，多晶硅柵和源極金屬相連。與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點I、本發(fā)明結構在傳統(tǒng)的超結結構N型柱表面設有源極埋層，源極埋層位于柵極氧化層下方，源極埋層的氧化層使其中的多晶硅與N型柱隔離，源極埋層中的多晶硅和源極金屬相連。源極埋層的結構能夠使柵極的寄生電容減小，加快了器件的開關速度，減小了器件的開關損耗。2、本發(fā)明結構為器件內寄生電容的充電提供了一條電流通路，在關斷過程中漏極和源極電壓的變化引起的位移電流會有一部分流過源極埋層，從而減小了流過P型摻雜區(qū)的電流，使器件內寄生三極管更難開啟，增強了器件的可靠性。


圖I是本發(fā)明內容所涉及一種快速超結縱向雙擴散金屬氧化物半導體管的結構示意圖。圖2是傳統(tǒng)的超結縱向雙擴散金屬氧化物半導體管的結構示意圖。圖3是本發(fā)明內容所涉及一種快速超結縱向雙擴散金屬氧化物半導體管的位移電流路徑不意圖。圖4是傳統(tǒng)的超結縱向雙擴散金屬氧化物半導體的位移電流路徑示意圖。
具體實施例方式一種快速超結縱向雙擴散金屬氧化物半導體管，包括兼做漏區(qū)的N型摻雜硅襯底I、N型摻雜硅外延層2、超結結構3，所述的N型摻雜硅外延層2設在N型摻雜硅襯底I上，超結結構3設在N型硅摻雜半導體區(qū)2上，所述的超結結構3由間隔排列的P型柱4和N型柱5組成，在P型柱上有第一 P型摻雜半導體區(qū)6，且第一 P型摻雜半導體區(qū)6位于N型摻雜外延層2內，在第一 P型摻雜半導體區(qū)6中設有第二 P型重摻雜半導體接觸區(qū)8和N 型重摻雜半導體源區(qū)7，在N型柱5上方設有柵氧化層9，在柵氧化層9上方設有多晶硅柵10，在多晶硅柵10上設有第一型氧化層11，在第二 P型重摻雜半導體接觸區(qū)8和N型重摻雜半導體源區(qū)7上連接有源極金屬12，在N型柱表面有源極埋層13，源極埋層13包括薄氧化層14和薄氧化層上的多晶硅15，多晶硅柵15和源極金屬12相連。源極埋層的寬度可大可小，取決于漏源電容和柵漏電容的大小，薄氧化層的厚度可以調節(jié)，取決于漏源電容的大小，多晶硅上的柵極氧化層的厚度可以調節(jié)，取決于柵源電容的大小，在本實施例中，源極埋層的寬度為10納米 50微米，薄氧化層14的厚度為I納米 5微米，多晶硅上的柵極氧化層的厚度為I納米 5微米，多晶硅上的柵極氧化層的寬度10納米 50微米。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圖I為本發(fā)明涉及的一種快速超結縱向雙擴散金屬氧化物半導體管的結構示意圖，其中源極埋層設置在柵極下方的N型外延層中。 圖3為本發(fā)明涉及的一種快速超結縱向雙擴散金屬氧化物半導體管結構在關斷時位移電流的流向，可以看到一部分電流流向了源極埋層從而減小了流向寄生三極管的電流，阻止了寄生三極管開啟。參照圖4，傳統(tǒng)的超結縱向雙擴散金屬氧化物半導體管結在關斷時位移電流的全部流經寄生三極管的基區(qū)，寄生三極管開啟的風險較大。
權利要求
1.一種快速超結縱向雙擴散金屬氧化物半導體管，包括兼做漏區(qū)的N型摻雜硅襯底(I)、N型摻雜娃外延層(2)、超結結構(3),所述的N型摻雜娃外延層(2)設在N型摻雜娃襯底⑴上，超結結構⑶設在N型硅摻雜半導體區(qū)⑵上，所述的超結結構(3)由間隔排列的P型柱(4)和N型柱(5)組成，在P型柱上有第一 P型摻雜半導體區(qū)(6)，且第一 P型摻雜半導體區(qū)(6)位于N型摻雜外延層(2)內，在第一 P型摻雜半導體區(qū)(6)中設有第二P型重摻雜半導體接觸區(qū)(8)和N型重摻雜半導體源區(qū)(7)，在N型柱(5)上方設有柵氧化層(9)，在柵氧化層(9)上方設有多晶硅柵(10)，在多晶硅柵(10)上設有第一型氧化層(II)，在第二P型重摻雜半導體接觸區(qū)(8)和N型重摻雜半導體源區(qū)(7)上連接有源極金屬(12)，其特征在于，在N型柱表面有源極埋層(13)，源極埋層(13)包括薄氧化層(14)和薄氧化層上的多晶硅(15)，多晶硅柵(15)和源極金屬(12)相連。
2.根據(jù)權利要求I所述的快速超結縱向雙擴散金屬氧化物半導體管，其特征在于，源極埋層(10)的寬度為10納米 50微米。
3.根據(jù)權利要求I所述的快速超結縱向雙擴散金屬氧化物半導體管，其特征在于，薄氧化層(14)的厚度為I納米 5微米。
4.根據(jù)權利要求I所述的快速超結縱向雙擴散金屬氧化物半導體管，其特征在于，多晶硅(15)上的柵極氧化層的厚度為I納米 5微米。
5.根據(jù)權利要求I所述的快速超結縱向雙擴散金屬氧化物半導體管，其特征在于，多晶硅(15)上的柵極氧化層的寬度10納米 50微米。
全文摘要
一種快速超結縱向雙擴散金屬氧化物半導體管，包括兼做漏區(qū)的N型摻雜硅襯底、N型摻雜硅外延層、超結結構，所述的N型摻雜硅外延層設在N型摻雜硅襯底上，超結結構設在N型硅摻雜半導體區(qū)上，所述的超結結構由間隔排列的P型柱和N型柱組成，在P型柱上有第一P型摻雜半導體區(qū)，且第一P型摻雜半導體區(qū)位于N型摻雜外延層內，在第一P型摻雜半導體區(qū)中設有第二P型重摻雜半導體接觸區(qū)和N型重摻雜半導體源區(qū)，其特征在于，在N型柱表面有源極埋層，源極埋層包括薄氧化層和薄氧化層上的多晶硅，多晶硅柵和源極金屬相連。
文檔編號H01L29/78GK102646709SQ20121010101
公開日2012年8月22日 申請日期2012年4月6日 優(yōu)先權日2012年4月6日
發(fā)明者吳逸凡, 孫偉鋒, 張龍, 時龍興, 祝靖, 錢欽松, 陸生禮 申請人:東南大學