本實用新型涉及半導(dǎo)體的技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種半導(dǎo)體功率器件結(jié)構(gòu)的制備結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)：

功率集成電路有時也稱高壓集成電路，是現(xiàn)代電子學(xué)的重要分支，可為各種功率變換和能源處理裝置提供高速、高集成度、低功耗和抗輻照的新型電路，廣泛應(yīng)用于電力控制系統(tǒng)、汽車電子、顯示器件驅(qū)動、通信和照明等日常消費領(lǐng)域以及國防、航天等諸多重要領(lǐng)域。其應(yīng)用范圍的迅速擴大，對其核心部分的高壓器件也提出了更高的要求。

對功率器件MOSFET而言，在保證擊穿電壓的前提下，必須盡可能地降低器件的導(dǎo)通電阻來提高器件性能。但擊穿電壓和導(dǎo)通電阻之間存在一種近似平方關(guān)系，形成所謂的“硅限”。為了打破“硅限”，提高器件性能，提出了多種新型器件結(jié)構(gòu)，典型的結(jié)構(gòu)有：超結(jié)結(jié)構(gòu)和IGBT結(jié)構(gòu)。超結(jié)是基于三維RESURF技術(shù)，其漂移區(qū)由重摻雜的P、N柱相間構(gòu)成。該技術(shù)的理論基礎(chǔ)是電荷補償原理，當漏極電壓達到一定值時，漂移區(qū)的N型區(qū)和P型區(qū)彼此相互耗盡，最終達到完全耗盡，有效的提高了漂移區(qū)電場，提高器件的擊穿電壓，另外，由于漂移區(qū)N型區(qū)和P型區(qū)彼此耗盡，有效的增加了漂移區(qū)摻雜濃度，降低器件的導(dǎo)通電阻。然而，超結(jié)結(jié)構(gòu)工藝復(fù)雜，器件性能對電荷失衡非常敏感，尤其是對于擊穿電壓在600V以上的應(yīng)用，其多次外延注入的工藝也使得生產(chǎn)成本居高不下。IGBT結(jié)構(gòu)是基于電導(dǎo)調(diào)制原理，其器件結(jié)構(gòu)是將傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)中漏極的N型換成P型，其他結(jié)構(gòu)不變，因此，器 件的擊穿電壓幾乎可以保持不變。在器件導(dǎo)通時，由于漏極改成了P型，因此會向漂移區(qū)注入大量的空穴，調(diào)制漂移區(qū)載流子濃度，增加導(dǎo)通電流，降低器件的導(dǎo)通電阻。然而，由于器件導(dǎo)通時，漂移區(qū)存在著大量的空穴，在器件關(guān)斷時，少子的復(fù)合和抽取需要一定的時間，即所謂的少子儲存效應(yīng)，會形成所謂的“拖尾電流”，使得器件的關(guān)斷時間較長，影響器件的高頻性能。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型的目的在于提出一種半導(dǎo)體功率器件結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)，旨在解決如何能夠簡單方便的制備出半導(dǎo)體功率器件。

為達此目的，本實用新型采用以下技術(shù)方案：

一種半導(dǎo)體功率器件結(jié)構(gòu)，所述半導(dǎo)體功率器件結(jié)構(gòu)包括：

源極、源金屬、柵金屬、漏極、漏極金屬、源極體區(qū)、多晶硅、金屬場板、N型重摻雜區(qū)、氧Trench層、N型漂移區(qū)、埋氧層、P型襯底；

所述P型襯底在所述半導(dǎo)體功率器件結(jié)構(gòu)的底層，所述埋氧層在所述P型襯底之上，所述N型漂移區(qū)在所述埋氧層之上，所述N型重摻雜區(qū)在所述N型漂移區(qū)之上，所述氧Trench層在所述N型重摻雜區(qū)之上，所述金屬場板為多層長度不等的縱向場板，在所述N型漂移區(qū)靠近所述氧Trench層的表面注入一層重摻雜n型層。

優(yōu)選地，所述多層長度不等的縱向場板為三層長度不等的縱向場板。

本實用新型在傳統(tǒng)的橫向功率器件Trench LDMOS結(jié)構(gòu)的Trench層中引入多層深度不同的縱向金屬場板，同時在漂移區(qū)中引入一層重摻雜n型層，在提高器件擊穿電壓方面，多層長度不等的金屬場板可以在漂移區(qū)中引入多 個新的電場峰值，同時將表面高電場引入體內(nèi)，避免器件在表面提前擊穿；全耗盡后的重摻雜n型層提高了Trench層表面電荷密度，提高了Trench層和漂移區(qū)電場，提高器件擊穿電壓；在降低器件導(dǎo)通電阻方面，深氧Trench層減小了橫向漂移區(qū)長度，多層場板在器件導(dǎo)通時會在Trench層表面形成低阻電流通道以及重摻雜的n型區(qū)的引入都可以有效的降低器件的導(dǎo)通電阻，提高器件性能，該器件結(jié)構(gòu)對于Si基、SOI基、SiC基襯底均適用。

附圖說明

圖1是本實用新型實施例半導(dǎo)體功率器件結(jié)構(gòu)的示意圖；

圖2是本實用新型實施例半導(dǎo)體功率器件結(jié)構(gòu)的另一種示意圖；

圖3是本實用新型實施例半導(dǎo)體功率器件電場的示意圖；

圖4是本實用新型實施例半導(dǎo)體功率器件結(jié)構(gòu)的制備方法的流程示意圖。

10標識源金屬、11標識柵金屬、12標識漏極金屬、13標識漏極、14標識氧Trench層、15標識N型重摻雜區(qū)、16標識N型偏移區(qū)、17標識埋氧區(qū)、18標識P型襯底、19標識金屬場板、20標識多晶硅、21標識源極體區(qū)、22標識源極。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖并通過具體實施方式來進一步說明本實用新型的技術(shù)方案。

實施例一

參考圖1，圖1是本實用新型實施例半導(dǎo)體功率器件結(jié)構(gòu)的示意圖。

在實施例一中，所述半導(dǎo)體功率器件結(jié)構(gòu)包括：

源極、源金屬、柵金屬、漏極、漏極金屬、源極體區(qū)、多晶硅、金屬場 板、N型重摻雜區(qū)、氧Trench層、N型漂移區(qū)、埋氧層、P型襯底；

所述P型襯底在所述半導(dǎo)體功率器件結(jié)構(gòu)的底層，所述埋氧層在所述P型襯底之上，所述N型漂移區(qū)在所述埋氧層之上，所述N型重摻雜區(qū)在所述N型漂移區(qū)之上，所述氧Trench層在所述N型重摻雜區(qū)之上，所述金屬場板為多層長度不等的縱向場板，在所述N型漂移區(qū)靠近所述氧Trench層的表面注入一層重摻雜n型層。

優(yōu)選地，所述多層長度不等的縱向場板為三層長度不等的縱向場板。

具體的，傳統(tǒng)Trench LDMOS器件是在漂移區(qū)中部插入一層深的氧Trench層，可以有效的減小漂移區(qū)長度，降低器件導(dǎo)通電阻，但是器件處于關(guān)態(tài)時，電場大部分都聚集于器件表面，體內(nèi)電場較小，器件容易在表面提前擊穿，限制了擊穿電壓的進一步提高，本實用新型提出了一種新的器件結(jié)構(gòu)，如圖1以SOI基襯底為例，其在傳統(tǒng)Trench LDMOS器件的基礎(chǔ)上引入了多層長度不等的縱向場板，同時在漂移區(qū)靠近Trench層的表面注入一層重摻雜n型層。在器件處于反向耐壓時，其中每一層場板都會在漂移區(qū)中引入一個或多個新的電場峰值，如圖1，漂移區(qū)重摻雜的n型層全耗盡后留下了大量的正電荷，結(jié)合場板引入的負電荷，有效的提高了Trench層的電場，從而進一步提高了漂移區(qū)的平均電場，提高器件擊穿電壓。在器件導(dǎo)通時，柵壓的存在會使得靠近Trench層的表面形成電子積累，從而形成一個低阻的電流通道，另外，Trench層的輔助耗盡作用可以有效的提高漂移區(qū)摻雜濃度，降低器件導(dǎo)通電阻。在器件設(shè)計中，通過優(yōu)化漂移區(qū)濃度、各縱向場板的深度和距離，可以在提高擊穿電壓的同時，降低器件的導(dǎo)通電阻，提高器件性能。該器件結(jié)構(gòu)對于Si基、SOI基、SiC基襯底均適用。

實施例二

參考圖2，圖2是本實用新型實施例半導(dǎo)體功率器件結(jié)構(gòu)的另一種示意圖。

圖3是本實用新型實施例半導(dǎo)體功率器件電場的示意圖。

具體的，橫向功率器件LDMOS結(jié)構(gòu)的擊穿電壓由橫向耐壓和縱向耐壓共同決定，而在一定的范圍內(nèi)，器件的橫向耐壓和漂移區(qū)長度成正比，和漂移區(qū)摻雜濃度成反比，而器件的導(dǎo)通電阻則正好相反，因此，橫向功率器件的擊穿電壓和導(dǎo)通電阻之間相互制約，存在一個矛盾關(guān)系。

實施例三

參考圖4，圖4是本發(fā)明實施例半導(dǎo)體功率器件結(jié)構(gòu)的制備方法的流程示意圖。

在實施例三中，所述半導(dǎo)體功率器件結(jié)構(gòu)的制備方法包括：

步驟401，在厚膜SOI襯底上進行刻蝕，形成Trench層窗口，并對所述厚膜SOI襯底進行斜角注入及底部注入，形成高摻雜n型漂移區(qū)；

步驟402，注入后進行快速退火，并進行表面氧化，在所述Trench層窗口表面形成一層薄SiO₂層；

步驟403，進行SiO₂沉積，形成深氧Trench層，進行P-well注入，進行N+注入，進行P+注入并進行快速退火；

步驟404，多晶硅窗口刻蝕、重摻雜多晶硅沉積、金屬場板窗口刻蝕以及金屬沉積、金屬刻蝕，形成源極、漏極、柵極。

具體的，器件制備流程(以SOI基襯底為例)：

(1)在厚膜SOI襯底上進行刻蝕，形成Trench層窗口；

(2)進行斜角注入及底部注入，形成高摻雜n型漂移區(qū)，注入劑量約為漂移區(qū)濃度的8～10倍；

(3)快速退火和表面氧化同時進行，在窗口表面形成一層薄SiO₂層以及激活注入離子，溫度為800～900℃，時間為20～50min；

(4)進行SiO₂沉積，形成深氧Trench層；

(5)進行P-well注入；

(6)進行N+注入；

(7)進行P+注入并進行快速退火；

(8)多晶硅窗口刻蝕；

(9)重摻雜多晶硅沉積；

(10)金屬場板窗口刻蝕，窗口寬度在0.4～0.8μm；

(11)金屬沉積；

(12)金屬刻蝕，形成源極、漏極、柵極。

具體的，傳統(tǒng)Trench LDMOS器件是在漂移區(qū)中部插入一層深的氧Trench層，可以有效的減小漂移區(qū)長度，降低器件導(dǎo)通電阻，但是器件處于關(guān)態(tài)時，電場大部分都聚集于器件表面，體內(nèi)電場較小，器件容易在表面提前擊穿，限制了擊穿電壓的進一步提高，本實用新型提出了一種新的器件結(jié)構(gòu)，如圖1以SOI基襯底為例，其在傳統(tǒng)Trench LDMOS器件的基礎(chǔ)上引入了多層長度不等的縱向場板，同時在漂移區(qū)靠近Trench層的表面注入一層重摻雜n型層。在器件處于反向耐壓時，其中每一層場板都會在漂移區(qū)中引入一個或多個新的電場峰值，如圖3，漂移區(qū)重摻雜的n型層全耗盡后留下了大量的正電荷，結(jié)合場板引入的負電荷，有效的提高了Trench層的電場，從而進一步提高了漂移區(qū)的平均電場，提高器件擊穿電壓。在器件導(dǎo)通時，柵壓的存在會使得靠近Trench層的表面形成電子積累，從而形成一個低阻的電流通道，另外，Trench層的輔助耗盡作用可以有效的提高漂移區(qū)摻雜濃度， 降低器件導(dǎo)通電阻。在器件設(shè)計中，通過優(yōu)化漂移區(qū)濃度、各縱向場板的深度和距離，可以在提高擊穿電壓的同時，降低器件的導(dǎo)通電阻，提高器件性能。該器件結(jié)構(gòu)對于Si基、SOI基、SiC基襯底均適用。

本實用新型實施例在傳統(tǒng)的橫向功率器件Trench LDMOS結(jié)構(gòu)的Trench層中引入多層深度不同的縱向金屬場板，同時在漂移區(qū)中引入一層重摻雜n型層，在提高器件擊穿電壓方面，多層長度不等的金屬場板可以在漂移區(qū)中引入多個新的電場峰值，同時將表面高電場引入體內(nèi)，避免器件在表面提前擊穿；全耗盡后的重摻雜n型層提高了Trench層表面電荷密度，提高了Trench層和漂移區(qū)電場，提高器件擊穿電壓；在降低器件導(dǎo)通電阻方面，深氧Trench層減小了橫向漂移區(qū)長度，多層場板在器件導(dǎo)通時會在Trench層表面形成低阻電流通道以及重摻雜的n型區(qū)的引入都可以有效的降低器件的導(dǎo)通電阻，提高器件性能，該器件結(jié)構(gòu)對于Si基、SOI基、SiC基襯底均適用，縱向金屬場板一方面可以輔助耗盡漂移區(qū)，提高漂移區(qū)的有效濃度，另一方面在器件導(dǎo)通時在重摻雜n型區(qū)中形成了一個低阻的電流通道，有效的降低了器件的導(dǎo)通電阻。

本實用新型實施例在傳統(tǒng)的橫向功率器件Trench LDMOS結(jié)構(gòu)的Trench層中引入多層深度不同的縱向金屬場板，同時在漂移區(qū)中引入一層重摻雜n型層，在提高器件擊穿電壓方面，多層長度不等的金屬場板可以在漂移區(qū)中引入多個新的電場峰值，同時將表面高電場引入體內(nèi)，避免器件在表面提前擊穿；全耗盡后的重摻雜n型層提高了Trench層表面電荷密度，提高了Trench層和漂移區(qū)電場，提高器件擊穿電壓；在降低器件導(dǎo)通電阻方面，深氧Trench層減小了橫向漂移區(qū)長度，多層場板在器件導(dǎo)通時會在Trench層表面形成低阻電流通道以及重摻雜的n型區(qū)的引入都可以有效的降低器件的導(dǎo)通電阻， 提高器件性能，該器件結(jié)構(gòu)對于Si基、SOI基、SiC基襯底均適用。

以上結(jié)合具體實施例描述了本實用新型的技術(shù)原理。這些描述只是為了解釋本實用新型的原理，而不能以任何方式解釋為對本實用新型保護范圍的限制?；诖颂幍慕忉?，本領(lǐng)域的技術(shù)人員不需要付出創(chuàng)造性的勞動即可聯(lián)想到本實用新型的其它具體實施方式，這些方式都將落入本實用新型的保護范圍之內(nèi)。