Mosfet功率器件的終端結構的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種MOSFET功率器件的終端結構，終端結構形成在終端區(qū)中，終端區(qū)環(huán)繞在主動區(qū)周側；主動區(qū)中的P阱和N-外延層形成的PN結為主結；終端結構包括多晶硅場板、第一金屬場板、第二金屬場板和溝槽截止環(huán)；多晶硅場板由形成于主動區(qū)中的多晶硅柵延伸形成，且多晶硅場板下的第一介質層厚度大于多晶硅柵下的柵介質層厚度。溝槽截止環(huán)形成于終端區(qū)的最外側；在第一介質層表面形成有第二介質層，第一和二金屬場板形成于第二介質層表面；在橫向上第一和二金屬場板之間相隔一段距離，第一金屬場板位于終端區(qū)的靠近P阱的一側、第二金屬場板位于終端區(qū)的靠近溝槽截止環(huán)的一側。本實用新型能降低終端結構的占用面積、制作工藝難度和成本。
【專利說明】MOSFET功率器件的終端結構
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種半導體集成電路器件，特別是涉及一種金氧半場效晶體管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor, MOSFET)功率器件的終端結構。
【背景技術】
[0002]功率器件是功率電子技術的核心器件，功率器件中的MOSFET功率器件被廣泛應用于工業(yè)設備、汽車電子、家電等領域，為這些領域的節(jié)能提供了幫助。在世界都需要節(jié)能的情況下，功率器件的重要性將日益提高，發(fā)展前景將更加光明。
[0003]MOSFET功率器件的單元結構包括一個由N-外延層組成的漂移區(qū)，在N-外延層中形成有P阱，在P阱中形成有由N+區(qū)組成的源區(qū)，在P阱表面上形成有多晶硅柵，多晶硅柵和P阱之間隔離有柵介質層，被所述多晶硅柵所覆蓋的P阱表面用于形成溝道，該溝道連通源區(qū)和N-外延層和形成于N-外延層表面或底部的漏區(qū)，漏區(qū)是由N+摻雜的半導體襯底組成。由P阱和N-外延層所形成的PN結組成主結，主結反偏時主要是通過P阱對N-外延層進行耗盡從而承受較大電壓。MOSFET功率器件能夠由多個單元結構組成，在MOSFET功率器件的最外側位置處的主結會對MOSFET功率器件的擊穿電壓造成很大的影響，原因為最外側的主結的PN結彎曲或PN結終止處的表面的非理想因素會使該處的電場集中從而降低最外側的主結的擊穿電壓。
[0004]為了提高MOSFET功率器件的耐壓能力，現有技術中都在MOSFET功率器件中設置終端結構，終端結構并不流動電流，而是用于耐壓保護；一般令MOSFET功率器件中能夠流動工作電流的功能區(qū)域稱為主動區(qū)或有源區(qū)，設置終端結構的區(qū)域為終端區(qū)；終端區(qū)圍繞在主動區(qū)的周側并用于降低主動區(qū)中的最外側的主結周側的電場，從而提高器件的擊穿電壓。
[0005]所以為了確保MOSFET功率器件有足夠高的耐壓能力，一個重要前提條件是具有優(yōu)良的終端結構。現有的終端結構包括延伸型終端和截斷型終端。延伸型的如傳統(tǒng)的場板結構、場限環(huán)(FLR)結構、場限環(huán)結合場板結構、結終端延伸結構(JTE)、橫向變摻雜結構(VLD)、多級場板；截斷型的是通過刻蝕深槽，截斷曲面結或者耗盡層，影響電場分布，提高擊穿電壓。
[0006]對于現有由多級場板結構組成的延伸型終端結構，該終端結構包括內圈的分壓保護區(qū)和外圈的截止環(huán)保護環(huán)。當偏壓加在功率器件的電極上時，主結的P阱會對N-外延層進行耗盡，隨著所加偏壓的增大，N-外延層上方的場板也會對N-外延層表面進行耗盡，這樣N-外延層中形成的耗盡層會沿著主結向外圈的截止環(huán)方向向外延伸，這樣就減小了主結附近的最大電場；偏壓的繼續(xù)增加直到截止環(huán)區(qū)域，由截止環(huán)來阻擋耗盡層的進一步延伸，從而使器件達到足夠的耐壓。由此可見多級場板結構的終端結構存在以下弊端:
[0007]1、多級場板中每個場板的長度、場板之間的氧化層厚度以及場板本身的厚度等都會影響到功率器件器件的擊穿電壓的大小，設計時考慮因素復雜。
[0008]2、對于中低壓MOSFET功率器件，中低壓MOSFET功率器件是指擊穿電壓為20V至200V的功率器件，隨著所采用的襯底電阻率即N-外延層的電阻率的增大，漂移區(qū)內耗盡層向縱向方向和遠離主結的方向擴展得更多，這樣終端結構占芯片總面積比重較大，芯片制造成本聞。
[0009]對于截斷型終端，需要在終端區(qū)域刻蝕深槽，深槽位于最外側的主結的附近，深槽的深度要求大于主結所形成的耗盡層的縱向深度，這樣利用深槽來截斷主結的外側曲面完成所造成的電場集中即能夠截斷耗盡層以影響表面電場分布從而提高器件的擊穿電壓。截斷型終端結構的優(yōu)點在于所占芯片較小，節(jié)省成本；但是弊端在于，縱向耗盡層深度較深，這樣所刻蝕的槽比較深，工藝上困難很大。

【發(fā)明內容】

[0010]本實用新型所要解決的技術問題是提供一種MOSFET功率器件的終端結構，能降低終端結構的占用面積、制作工藝難度和成本。
[0011]為解決上述技術問題，本實用新型提供的MOSFET功率器件的終端結構包括:
[0012]形成于N+摻雜的半導體襯底上的N-外延層，所述N-外延層包括主動區(qū)和終端區(qū)，所述終端區(qū)環(huán)繞在所述主動區(qū)周側。
[0013]在所述主動區(qū)中形成有P阱，在所述P阱中形成有由N+區(qū)組成的源區(qū)，由所述P阱和所述N-外延層形成的PN結組成主結；在所述P阱上方形成有多晶硅柵，所述多晶硅柵和所述P阱之間隔離有柵介質層，所述多晶硅柵的一側和所述源區(qū)對準、所述多晶硅柵的另一側延伸到所述N-外延層上方。
[0014]在所述終端區(qū)中形成有終端結構，所述終端結構包括多晶硅場板、第一金屬場板、第二金屬場板和溝槽截止環(huán)。
[0015]所述多晶硅場板由所述多晶硅柵從所述主動區(qū)向所述終端區(qū)方向延伸的多晶硅組成，所述多晶硅場板和所述N-外延層之間隔離有第一介質層，所述第一介質層的厚度大于所述柵介質層的厚度。
[0016]所述溝槽截止環(huán)形成于所述終端區(qū)的最外側。
[0017]在所述第一介質層表面形成有第二介質層，所述第一金屬場板和所述第二金屬場板形成于所述第二介質層表面；在橫向上所述第一金屬場板和所述第二金屬場板相隔一段距離，所述第一金屬場板位于所述終端區(qū)的靠近所述P阱的一側、所述第二金屬場板位于所述終端區(qū)的靠近所述溝槽截止環(huán)的一側。
[0018]進一步的改進是，所述溝槽截止環(huán)的深度大于所述溝槽截止環(huán)所在位置處的耗盡層的深度。
[0019]進一步的改進是，所述第一金屬場板和形成于所述源區(qū)的電極相連接。
[0020]進一步的改進是，所述第一金屬場板從頂部將所述多晶硅場板完全覆蓋、且所述第一金屬場板所覆蓋區(qū)域的面積大于等于所述多晶硅場板的區(qū)域面積。
[0021]進一步的改進是，所述柵介質層組成材料為氧化層；所述第一介質層組成材料為氧化層；所述第二介質層組成材料為氧化層。
[0022]進一步的改進是，所述溝槽截止環(huán)的溝槽的側面和底部表面都覆蓋有氧化層，在側面和底部表面覆蓋有氧化層的所述溝槽中填充由多晶硅。
[0023]進一步的改進是，所述第二金屬場板和所述溝槽中填充的多晶硅接觸。[0024]進一步的改進是，MOSFET功率器件的耐壓為20V至200V。
[0025]進一步的改進是，N+摻雜的所述半導體襯底為MOSFET功率器件的漏區(qū)，由形成所述半導體襯底背面的背面金屬形成漏極。
[0026]本實用新型具有如下有益效果:
[0027]本實用新型通過多級場板的設置能夠將耗盡層從主結向終端區(qū)外側方向擴展，從而能降低主結附近表面的電場強度、提高器件的耐壓能力。
[0028]同時本實用新型通過在終端區(qū)的最外側位置處設置溝槽截止環(huán)，溝槽截止環(huán)能夠使耗盡層向終端區(qū)外側方向的擴展終端，相對于現有沒有設置溝槽截止環(huán)的多級場板結構，本實用新型能夠大大減少耗盡區(qū)向終端區(qū)外側方向的擴展寬度，從而能減少終端部分的占用面積，從而能增加主動區(qū)的占用面積，在同一芯片上能形成更多面積的主動區(qū)，從而能提聞芯片的利用率。
[0029]本實用新型的溝槽截止環(huán)中形成有氧化層和多晶硅層，在氧化層擊穿后，多晶硅層能夠繼續(xù)起到阻斷耗盡層延伸的作用，從而能進一步大大提高器件的擊穿電壓。
[0030]本實用新型通過在溝槽截止環(huán)和主結之間設置多級場板，相對于現有截斷型終端中溝槽直接和主結相鄰的設置，本實用新型的多級場板通過對耗盡層的延伸擴展，能夠使得耗盡層的縱向深度逐漸減少，從而能使得溝槽截止環(huán)的溝槽深度大大小于現有截斷型終端的溝槽深度，溝槽深度的減少，能夠大大降低溝槽制作的工藝難度。
[0031]本實用新型通過對終端結構的占用面積降低以及制作工藝難度的降低，能使整個器件的成本降低。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0032]下面結合附圖和【具體實施方式】對本實用新型作進一步詳細的說明:
[0033]圖1是本實用新型實施例的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0034]如圖1所示，是本實用新型實施例的結構示意圖。本實用新型實施例MOSFET功率器件的耐壓為20V至200V，屬于中低壓MOSFET功率器件，本實用新型MOSFET功率器件的終端結構包括:
[0035]形成于N+摻雜的半導體襯底I上的N-外延層2，所述N-外延層2為器件的漂移區(qū)。所述N-外延層2包括主動區(qū)和終端區(qū)。在圖1中虛線AA兩側分別為主動區(qū)和終端區(qū)，在俯視面上，所述終端區(qū)環(huán)繞在所述主動區(qū)周側。
[0036]在所述主動區(qū)中形成有P阱3，在所述P阱3中形成有由N+區(qū)組成的源區(qū)4，由所述P阱3和所述N-外延層2形成的PN結組成主結；在所述P阱3上方形成有多晶硅柵5，所述多晶硅柵5和所述P阱3之間隔離有柵介質層7，所述多晶硅柵5的一側和所述源區(qū)4對準、所述多晶硅柵5的另一側延伸到所述N-外延層2上方。在所述多晶硅柵5的頂部形成有柵極G，在所述源區(qū)4的頂部形成有源極S。由所述N+摻雜的半導體襯底I組成器件的漏區(qū)，由形成所述半導體襯底I背面的背面金屬形成漏極D。
[0037]在所述終端區(qū)中形成有終端結構，所述終端結構包括多晶硅場板6、第一金屬場板
10、第二金屬場板11和溝槽截止環(huán)12。[0038]所述多晶硅場板6由所述多晶硅柵5從所述主動區(qū)向所述終端區(qū)方向延伸的多晶硅組成，所述多晶硅場板6和所述N-外延層2之間隔離有第一介質層8，所述第一介質層8的厚度大于所述柵介質層7的厚度。
[0039]所述溝槽截止環(huán)12形成于所述終端區(qū)的最外側。所述溝槽截止環(huán)12的深度大于所述溝槽截止環(huán)12所在位置處的耗盡層的深度。所述溝槽截止環(huán)12的溝槽的側面和底部表面都覆蓋有氧化層12a，在側面和底部表面覆蓋有氧化層12a的所述溝槽中填充由多晶娃 12b。
[0040]在所述第一介質層8表面形成有第二介質層9，較佳為，所述柵介質層7組成材料為氧化層；所述第一介質層8組成材料為氧化層；所述第二介質層9組成材料為氧化層。
[0041]所述第一金屬場板10和所述第二金屬場板11形成于所述第二介質層9表面；在橫向上所述第一金屬場板10和所述第二金屬場板11相隔一段距離，所述第一金屬場板10位于所述終端區(qū)的靠近所述P阱3的一側、所述第二金屬場板11位于所述終端區(qū)的靠近所述溝槽截止環(huán)12的一側。
[0042]較佳為，所述第一金屬場板10和形成于所述源區(qū)4的電極即源極S相連接。所述第一金屬場板10從頂部將所述多晶硅場板6完全覆蓋、且所述第一金屬場板10所覆蓋區(qū)域的面積大于等于所述多晶硅場板6的區(qū)域面積。
[0043]所述第二金屬場板11和所述溝槽中填充的多晶硅12b接觸。
[0044]本實用新型實施例器件在反向偏置時所述半導體襯底I的背面電極即漏極D加正電壓，源極S接地，這時由所述P阱3和所述N-外延層2組成的主結形成耗盡層，本實用新型實施例設置的多級場板即所述多晶硅場板6、所述第一金屬場板10和所述第二金屬場板11能對N-外延層2的表面進行耗盡從而能夠將耗盡層向終端區(qū)的外側延伸，從而能減少主結附近的表面電場強度并提高器件的擊穿電壓。溝槽截止環(huán)12能夠將耗盡層的延伸阻斷，從而能夠在提高器件的擊穿電壓的同時大大減少終端區(qū)的面積，從而能消除現有技術中單獨采用多級場板時需要將耗盡區(qū)橫向延伸到較大區(qū)域的缺陷。本實用新型的溝槽截止環(huán)12通過氧化層12a和多晶硅12b的設置，在氧化層12a被耗盡層擊穿時，多晶硅12b仍然能夠起到截止環(huán)的作用，從而能進一步大大提高器件的擊穿電壓。
[0045]本實用新型通過多級場板的設置后在設置溝槽截止環(huán)12，耗盡層經過多級場板的設置而向終端區(qū)外側延伸后，耗盡層的縱向深度會降低，這樣溝槽截止環(huán)12的溝槽深度也會降低，溝槽深度的降低能夠大大降低器件的制作工藝難度，降低器件的制造成本。另外，本實用新型實施例的終端區(qū)的占用面積減少，則主動區(qū)的可形成面積增加，也即芯片的集成度會增加，這也同樣會大大降低工藝成本。
[0046]以上通過具體實施例對本實用新型進行了詳細的說明，但這些并非構成對本實用新型的限制。在不脫離本實用新型原理的情況下，本領域的技術人員還可做出許多變形和改進，這些也應視為本實用新型的保護范圍。
【權利要求】
1.一種MOSFET功率器件的終端結構，其特征在于，包括: 形成于N+摻雜的半導體襯底上的N-外延層，所述N-外延層包括主動區(qū)和終端區(qū)，所述終端區(qū)環(huán)繞在所述主動區(qū)周側； 在所述主動區(qū)中形成有P阱，在所述P阱中形成有由N+區(qū)組成的源區(qū)，由所述P阱和所述N-外延層形成的PN結組成主結；在所述P阱上方形成有多晶硅柵，所述多晶硅柵和所述P阱之間隔離有柵介質層，所述多晶硅柵的一側和所述源區(qū)對準、所述多晶硅柵的另一側延伸到所述N-外延層上方； 在所述終端區(qū)中形成有終端結構，所述終端結構包括多晶硅場板、第一金屬場板、第二金屬場板和溝槽截止環(huán)； 所述多晶硅場板由所述多晶硅柵從所述主動區(qū)向所述終端區(qū)方向延伸的多晶硅組成，所述多晶硅場板和所述N-外延層之間隔離有第一介質層，所述第一介質層的厚度大于所述柵介質層的厚度； 所述溝槽截止環(huán)形成于所述終端區(qū)的最外側； 在所述第一介質層表面形成有第二介質層，所述第一金屬場板和所述第二金屬場板形成于所述第二介質層表面；在橫向上所述第一金屬場板和所述第二金屬場板相隔一段距離，所述第一金屬場板位于所述終端區(qū)的靠近所述P阱的一側、所述第二金屬場板位于所述終端區(qū)的靠近所述溝槽截止環(huán)的一側。
2.如權利要求1所述的MOSFET功率器件的終端結構，其特征在于:所述溝槽截止環(huán)的深度大于所述溝槽截止環(huán)所在位置處的耗盡層的深度。
3.如權利要求1所述的MOSFET功率器件的終端結構，其特征在于:所述第一金屬場板和形成于所述源區(qū)的電極相連接。
4.如權利要求3所述的MOSFET功率器件的終端結構，其特征在于:所述第一金屬場板從頂部將所述多晶硅場板完全覆蓋、且所述第一金屬場板所覆蓋區(qū)域的面積大于等于所述多晶硅場板的區(qū)域面積。
5.如權利要求1或4所述的MOSFET功率器件的終端結構，其特征在于:所述柵介質層組成材料為氧化層；所述第一介質層組成材料為氧化層；所述第二介質層組成材料為氧化層。
6.如權利要求1或2所述的MOSFET功率器件的終端結構，其特征在于:所述溝槽截止環(huán)的溝槽的側面和底部表面都覆蓋有氧化層，在側面和底部表面覆蓋有氧化層的所述溝槽中填充由多晶硅。
7.如權利要求6所述的MOSFET功率器件的終端結構，其特征在于:所述第二金屬場板和所述溝槽中填充的多晶硅接觸。
8.如權利要求1所述的MOSFET功率器件的終端結構，其特征在于=MOSFET功率器件的耐壓為20V至200V。
9.如權利要求1所述的MOSFET功率器件的終端結構，其特征在于:N+摻雜的所述半導體襯底為MOSFET功率器件的漏區(qū)，由形成所述半導體襯底背面的背面金屬形成漏極。
【文檔編號】H01L29/40GK203707142SQ201420050226
【公開日】2014年7月9日 申請日期:2014年1月26日 優(yōu)先權日:2014年1月26日
【發(fā)明者】張海濤, 陳智勇, 孫娜 申請人:寧波達新半導體有限公司, 上海達新半導體有限公司