Mosfet功率器件的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種MOSFET功率器件，包括：襯底；外延層；形成在外延層中的多個條形的MOSFET元胞，多個MOSFET元胞沿第一方向相互平行，每個MOSFET元胞包括源區(qū)、柵結(jié)構(gòu)和第一阱區(qū)，第一阱區(qū)位于源區(qū)的下方；形成在外延層中的多個第二阱區(qū)，多個第二阱區(qū)沿第二方向相互平行且任意相鄰的兩個所述第二阱區(qū)之間的距離相等，第一方向與第二方向在與襯底平行的平面上相互成預(yù)設(shè)角度，第一阱區(qū)和第二阱區(qū)摻雜的類型相同，通過多個第二阱區(qū)連通多個第一阱區(qū)。本實用新型的MOSFET功率器件通過相交叉的、摻雜類型相同的第一阱區(qū)和第二阱區(qū)，將所有的MOSFET元胞連接成一個整體，增強了發(fā)生擊穿時阱區(qū)泄放電流的能力，雪崩能力得到改善，并且具有結(jié)構(gòu)簡單的優(yōu)點。
【專利說明】MOSFET功率器件

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實用新型屬于半導(dǎo)體【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種MOSFET功率器件。

【背景技術(shù)】
[0002] 近年來，節(jié)能和減排成為電子信息【技術(shù)領(lǐng)域】的重要發(fā)展方向，引領(lǐng)了對高能效和 高可靠性的 MOSFET (Metal-Oxide Semiconductor Field Effective Transistor，金屬-氧 化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管)功率器件的大量需求?，F(xiàn)代典型的MOSFET功率器件通常包括數(shù)百萬 個并聯(lián)的MOSFET元胞，主要分為封閉性和條形兩種拓撲結(jié)構(gòu)。
[0003] 當MOSFET芯片處于雪崩極限時，必將出現(xiàn)局部區(qū)域的MOSFET元胞承受更多的泄 放電流，當該泄放的能量超過器件承受的極限或者芯片必然存在的局部差異化會引起局部 溫度的上升甚至于永久破壞器件。其中，封閉型MOSFET元胞結(jié)構(gòu)的阱區(qū)為"孤島"狀結(jié)構(gòu)， 不利于雪崩電流的泄放；而條形型MOSFET元胞結(jié)構(gòu)的阱區(qū)由于呈條形方向，其局部發(fā)熱區(qū) 域的泄放電流具有沿著條形阱區(qū)方向擴散趨勢，具有更好的雪崩特性。但是，MOSFET元胞 尺寸越小，而MOSFET器件的抗雪崩能力隨之變差，這與半導(dǎo)體器件微型化的趨勢相違背。 實用新型內(nèi)容
[0004] 本實用新型旨在至少解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的器件雪崩能力有限、開關(guān)速度慢的技 術(shù)問題之一。
[0005] 為此，本實用新型的目的在于提出一種雪崩能力良好的MOSFET功率器件。
[0006] 為了實現(xiàn)上述目的，根據(jù)本實用新型一個方面的實施例的MOSFET功率器件，包 括：襯底和形成在所述襯底上的外延層；形成在所述外延層中的多個條形的MOSFET元胞， 所述多個MOSFET元胞沿第一方向相互平行，每個所述MOSFET元胞包括源區(qū)、柵結(jié)構(gòu)和第一 阱區(qū)，所述第一阱區(qū)位于所述源區(qū)的下方；形成在所述外延層中的多個第二阱區(qū)，所述多個 第二阱區(qū)沿第二方向相互平行且任意相鄰的兩個所述第二阱區(qū)之間的距離相等，所述第一 方向與所述第二方向在與所述襯底平行的平面上相互成預(yù)設(shè)角度，所述第一阱區(qū)和所述第 二阱區(qū)摻雜的類型相同，通過所述多個第二阱區(qū)連通所述多個第一阱區(qū)。
[0007] 根據(jù)本實用新型實施例的MOSFET功率器件，至少具有如下優(yōu)點：（1)通過相交叉 的、摻雜類型相同的第一阱區(qū)和第二阱區(qū)，將所有的MOSFET元胞連接成一個整體，當功率 器件發(fā)生擊穿而導(dǎo)致局部MOSFET元胞過熱時，雪崩電流能通過相互連接的阱區(qū)發(fā)散到周 圍的元胞，增強了發(fā)生擊穿時阱區(qū)泄放電流的能力，該MOSFET功率器件雪崩能力得到改 善。（2)不受MOSFET元胞尺寸縮小的限制，結(jié)構(gòu)簡單。
[0008] 另外，根據(jù)本實用新型實施例的MOSFET功率器件還具有如下附加技術(shù)特征：
[0009] 在本實用新型的一個實施例中，所述第一方向與所述第二方向在與所述襯底平行 的平面上相互成垂直。
[0010] 在本實用新型的一個實施例中，所述第二阱區(qū)的深度大于所述第一阱區(qū)的深度。
[0011] 在本實用新型的一個實施例中，所述多個第二阱區(qū)中相鄰兩個所述第二阱區(qū)的間 隔為兩個所述柵結(jié)構(gòu)之間柵中心間距的5-10倍。
[0012] 在本實用新型的一個實施例中，所述柵結(jié)構(gòu)為溝槽型。
[0013] 在本實用新型的一個實施例中，所述柵結(jié)構(gòu)的深度大于等于所述第一阱區(qū)的深 度，并且小于等于所述第二阱區(qū)的深度。
[0014] 在本實用新型的一個實施例中，所述柵結(jié)構(gòu)為平面型。
[0015] 本實用新型的附加方面和優(yōu)點將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述 中變得明顯，或通過本實用新型的實踐了解到。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0016] 本實用新型的上述和/或附加的方面和優(yōu)點從結(jié)合下面附圖對實施例的描述中 將變得明顯和容易理解，其中：
[0017] 圖1是本實用新型第一實施例的M0SFET功率器件的立體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018] 圖2是本實用新型第二實施例的M0SFET功率器件的立體結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實施方式】
[0019] 下面詳細描述本實用新型的實施例，所述實施例的示例在附圖中示出，其中自始 至終相同或類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參 考附圖描述的實施例是示例性的，旨在用于解釋本實用新型，而不能理解為對本實用新型 的限制。
[0020] 本實用新型第一方面提出了一種M0SFET功率器件。該M0SFET功率器件可以包括： 襯底1、形成在襯底1之上的外延層2、形成外延層2中的多個條形的M0SFET元胞3、形成外 延層2中的多個第二阱區(qū)4。其中：多個M0SFET元胞3沿第一方向相互平行。每個M0SFET 元胞3包括源區(qū)31、柵結(jié)構(gòu)32和第一阱區(qū)33。第一阱區(qū)33位于源區(qū)31的下方。多個第 二阱區(qū)4沿第二方向相互平行。所述多個第二阱區(qū)4中任意相鄰的兩個第二阱區(qū)4之間的 距離相等。第一方向與第二方向在與襯底1平行的平面上相互成預(yù)設(shè)角度。第一阱區(qū)33 和第二阱區(qū)4摻雜的類型相同。通過多個第二阱區(qū)4連通多個第一阱區(qū)33。
[0021] 需要說明的是，每個M0SFET元胞3中還可以包括漏區(qū)、漂移區(qū)、溝道區(qū)等結(jié)構(gòu)。功 率器件中漏區(qū)、漂移區(qū)、溝道區(qū)這幾部分是本領(lǐng)域技術(shù)人員的公共知識，本文不做具體限 定。例如，某個形成在第一摻雜類型的外延層上的垂直結(jié)構(gòu)的M0SFET元胞中，可以包括：漏 區(qū)，具有第一摻雜類型，可以位于靠近器件底部的位置；源區(qū)31，通過擴散形成，具有第一 摻雜類型，可以位于靠近器件頂部的位置；第一阱區(qū)33,通過擴散形成，具有與第一摻雜類 型不同的第二摻雜類型，形成于源區(qū)之下；溝道區(qū)，上述擴散形成的第一阱區(qū)33減去源區(qū) 31的區(qū)域的表面即為M0SFET溝道區(qū)域；柵結(jié)構(gòu)32,覆蓋于溝道區(qū)上，可以包括柵氧層和柵 極層；漂移區(qū)，用于將阱區(qū)和漏區(qū)垂直隔開。
[0022] 根據(jù)本實用新型實施例的M0SFET功率器件，至少具有如下優(yōu)點：
[0023] (1)通過相交叉的、摻雜類型相同的第一阱區(qū)和第二阱區(qū)，將所有的M0SFET元胞 連接成一個整體，當功率器件發(fā)生擊穿而導(dǎo)致局部M0SFET元胞過熱時，雪崩電流能通過相 互連接的阱區(qū)發(fā)散到周圍的元胞，增強了發(fā)生擊穿時阱區(qū)泄放電流的能力，該M0SFET功率 器件雪崩能力得到改善；
[0024] (2)不受M0SFET元胞尺寸縮小的限制，結(jié)構(gòu)簡單。
[0025] 在本實用新型的一個實施例中，第一方向與第二方向在與襯底1平行的平面上相 互成垂直。互成垂直時比互成其他角度夾角時，電場分布更加均勻。此外，互成垂直時相鄰 兩個第一阱區(qū)33之間的第二阱區(qū)4的長度最短，能夠在制備第二阱區(qū)4時的節(jié)約摻雜源材 料，以及制備柵連接件5時節(jié)約柵極材料。
[0026] 在本實用新型的一個實施例中，第二阱區(qū)4的深度大于第一阱區(qū)33的深度。當?shù)?二阱區(qū)4的深度大于第一阱區(qū)33的深度時，能夠確保通過第二阱區(qū)4將多個第一阱區(qū)33 有效連接起來。
[0027] 在本實用新型的一個實施例中，多個第二阱區(qū)4中相鄰兩個第二阱區(qū)4的間隔為 兩個柵結(jié)構(gòu)32之間柵中心間距的5-10倍。當相鄰兩個第二阱區(qū)4的間隔過短時會導(dǎo)致芯 片導(dǎo)通電阻增加，間隔過長則會影響本實用新型的效果。
[0028] 在本實用新型的一個實施例中，源區(qū)31中還具有源極接觸311。該實施例中，第一 阱區(qū)33和源區(qū)31經(jīng)過源極接觸311短接，并且通過源極接觸與源極金屬建立電接觸。
[0029] 在本實用新型的一個實施例中，柵結(jié)構(gòu)32可以為溝槽型，如圖1所示。即柵結(jié)構(gòu) 32形成在外延層2中且位于相鄰兩個第一阱區(qū)33之間，呈U型槽狀。該柵結(jié)構(gòu)32具體包 括：形成在U型槽底部和側(cè)壁的柵極氧化物層321，和形成在柵極氧化物層321之中的柵極 層 322。
[0030] 優(yōu)選地，在本實用新型實施例的具有溝槽型柵結(jié)構(gòu)的M0SFET功率器件中，柵結(jié)構(gòu) 32的深度大于等于第一阱區(qū)33的深度，并且小于等于第二阱區(qū)4的深度。柵結(jié)構(gòu)32的深 度大于等于第一阱區(qū)33的深度，這是由于垂直溝道M0SFET器件的結(jié)構(gòu)要求，否則M0SFET 器件沒有溝道區(qū)。而柵結(jié)構(gòu)32的深度小于第二阱區(qū)4的深度，一方面是為了利用更深的第 二阱區(qū)4來保護柵結(jié)構(gòu)32的底部，更重要的另一方面是為了通過第二阱區(qū)4來將所有第一 阱區(qū)33連成一個整體阱區(qū)。
[0031] 在本實用新型的一個實施例中，柵結(jié)構(gòu)32可以為平面型，如圖2所示。即柵結(jié)構(gòu) 32形成在相鄰兩個第一阱區(qū)33之間的外延層2的上方，呈平面條狀，如圖2所示。該柵結(jié) 構(gòu)32具體包括：形成在外延層2之上且位于第一阱區(qū)33之間的柵極氧化物層321，和形成 在柵極氧化物層321之上的柵極層322。
[0032] 根據(jù)本實用新型實施例的M0SFET功率器件，至少具有如下優(yōu)點：
[0033] (1)通過相交叉的、摻雜類型相同的第一阱區(qū)和第二阱區(qū)，將所有的M0SFET元胞 連接成一個整體，當功率器件發(fā)生擊穿而導(dǎo)致局部M0SFET元胞過熱時，雪崩電流能通過相 互連接的阱區(qū)發(fā)散到周圍的元胞，增強了發(fā)生擊穿時阱區(qū)泄放電流的能力，該M0SFET功率 器件雪崩能力得到改善；
[0034] (2)不受M0SFET元胞尺寸縮小的限制，結(jié)構(gòu)簡單。
[0035] 在本實用新型的描述中，需要理解的是，術(shù)語"中心"、"縱向"、"橫向"、"長度"、"寬 度"、"厚度"、"上"、"下"、"前"、"后"、"左"、"右"、"堅直"、"水平"、"頂"、"底""內(nèi)"、"外"、"順 時針"、"逆時針"、"軸向"、"徑向"、"周向"等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位 或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本實用新型和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或 元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對本實用新型的限 制。
[0036] 此外，術(shù)語"第一"、"第二"僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性 或者隱含指明所指示的技術(shù)特征的數(shù)量。由此，限定有"第一"、"第二"的特征可以明示或 者隱含地包括一個或者更多個該特征。在本實用新型的描述中，"多個"的含義是兩個或兩 個以上，除非另有明確具體的限定。
[0037] 在本實用新型中，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語"安裝"、"相連"、"連接"、"固 定"等術(shù)語應(yīng)做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或成一體；可以是 機械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個 元件內(nèi)部的連通或兩個元件的相互作用關(guān)系。對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以根據(jù) 具體情況理解上述術(shù)語在本實用新型中的具體含義。
[0038] 在本實用新型中，除非另有明確的規(guī)定和限定，第一特征在第二特征"上"或"下" 可以是第一和第二特征直接接觸，或第一和第二特征通過中間媒介間接接觸。而且，第一特 征在第二特征"之上"、"上方"和"上面"可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或僅僅 表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征"之下"、"下方"和"下面"可 以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或僅僅表示第一特征水平高度小于第二特征。
[0039] 在本說明書的描述中，參考術(shù)語"一個實施例"、"一些實施例"、"示例"、"具體示 例"、或"一些示例"等的描述意指結(jié)合該實施例或示例描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特 點包含于本實用新型的至少一個實施例或示例中。在本說明書中，對上述術(shù)語的示意性表 述不必須針對的是相同的實施例或示例。而且，描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點可以 在任一個或多個實施例或示例中以合適的方式結(jié)合。此外，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以將本說 明書中描述的不同實施例或示例進行結(jié)合和組合。
[0040] 盡管上面已經(jīng)示出和描述了本實用新型的實施例，可以理解的是，上述實施例是 示例性的，不能理解為對本實用新型的限制，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本實用新型的范圍 內(nèi)可以對上述實施例進行變化、修改、替換和變型。
【權(quán)利要求】
1. 一種MOSFET功率器件，其特征在于，包括： 襯底和形成在所述襯底上的外延層； 形成在所述外延層中的多個條形的MOSFET元胞，所述多個MOSFET元胞沿第一方向相 互平行，每個所述MOSFET元胞包括源區(qū)、柵結(jié)構(gòu)和第一阱區(qū)，所述第一阱區(qū)位于所述源區(qū) 的下方； 形成在所述外延層中的多個第二阱區(qū)，所述多個第二阱區(qū)沿第二方向相互平行且任意 相鄰的兩個所述第二阱區(qū)之間的距離相等，所述第一方向與所述第二方向在與所述襯底平 行的平面上相互成預(yù)設(shè)角度，所述第一阱區(qū)和所述第二阱區(qū)摻雜的類型相同，通過所述多 個第二阱區(qū)連通所述多個第一阱區(qū)。
2. 如權(quán)利要求1所述的MOSFET功率器件，其特征在于，所述第一方向與所述第二方向 在與所述襯底平行的平面上相互成垂直。
3. 如權(quán)利要求1所述的MOSFET功率器件，其特征在于，所述第二阱區(qū)的深度大于所述 第一阱區(qū)的深度。
4. 如權(quán)利要求1所述的MOSFET功率器件，其特征在于，所述多個第二阱區(qū)中相鄰兩個 所述第二阱區(qū)的間隔為兩個所述柵結(jié)構(gòu)之間柵中心間距的5-10倍。
5. 如權(quán)利要求1所述的MOSFET功率器件，其特征在于，所述柵結(jié)構(gòu)為溝槽型。
6. 如權(quán)利要求5所述的MOSFET功率器件，其特征在于，所述柵結(jié)構(gòu)的深度大于等于所 述第一阱區(qū)的深度，并且小于等于所述第二阱區(qū)的深度。
7. 如權(quán)利要求1所述的MOSFET功率器件，其特征在于，所述柵結(jié)構(gòu)為平面型。
【文檔編號】H01L29/78GK203871340SQ201320838583
【公開日】2014年10月8日 申請日期:2013年12月19日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月19日
【發(fā)明者】朱超群, 陳宇 申請人:寧波比亞迪半導(dǎo)體有限公司