垂直功率晶體管器件的制作方法
【技術領域】
[0001]本公開涉及功率晶體管器件，并且特別涉及功率金屬氧化物半導體場效應晶體管(MOSFET)器件。
【背景技術】
[0002]功率金屬氧化物半導體場效應晶體管(MOSFET)是適于在大功率應用中使用的一種類型的晶體管。一般地，功率MOSFET器件具有垂直結構，其中，源極和柵極觸點位于通過在襯底上形成的漂移層與漏極觸點分離的MOSFET器件的第一表面上。垂直MOSFET有時稱為垂直擴散的MOSFET (VDM0SFET)或雙擴散的MOSFET (DM0SFET)。由于其垂直結構，功率MOSFET的額定電壓是漂移層的摻雜和厚度的函數(shù)。相應地，高電壓功率MOSFET可以用相對小的占用面積來實現(xiàn)。
[0003]圖1示出了常規(guī)的功率MOSFET器件10。常規(guī)功率MOSFET器件10包括襯底12、在襯底12之上形成的漂移層14、在與襯底相對的漂移層14的表面中的一個或多個結型注入物16、以及在結型注入物16的每個結型注入物之間的結型柵極場效應晶體管(JFET)區(qū)
18。結型注入物16的每個結型注入物由離子注入工藝來形成，并且包括深阱區(qū)20、基極區(qū)22和源極區(qū)24。每個深阱區(qū)20從與襯底12相對的漂移層14的角落向下延伸向襯底12，并且向內(nèi)延伸向漂移層14的中心。深阱區(qū)20可以均勻地形成，或者包括一個或多個突出區(qū)，如圖1中示出的那樣。每個基極區(qū)22沿深阱區(qū)20的每個深阱區(qū)的內(nèi)邊緣的部分、從與襯底12相對的漂移層14的表面向下向襯底12垂直地形成。每個源極區(qū)24在與襯底12相對的漂移層14的表面上的淺的部分中形成，并且橫向延伸以交疊深阱區(qū)20和基極區(qū)22的一部分而不延伸在任一個之上。JFET區(qū)18定義結型注入物16的每個結型注入物之間的溝道寬度26。
[0004]柵極氧化物層28位于與襯底12相對的漂移層14的表面上，并且在每個源極區(qū)24的表面的部分之間橫向延伸，使得柵極氧化物層28部分地交疊和延伸在結型注入物16中的每個源極區(qū)24的表面之間。柵極觸點30位于柵極氧化物層28的頂上。兩個源極觸點32每個位于與襯底12相對的漂移層14的表面上，使得源極觸點32的每個源極觸點分別部分地交疊結型注入物16中的一個的源極區(qū)24和深阱區(qū)20兩者，并且不接觸柵極氧化物層28或柵極觸點30。漏極觸點34位于與漂移層14相對的襯底12的表面上。
[0005]在操作中，當未對柵極觸點30施加偏置電壓并且漏極觸點34被正偏置時，每個深阱區(qū)20與漂移層14之間的結被反向偏置，由此將常規(guī)功率MOSFET 10置于斷開狀態(tài)下。在常規(guī)功率MOSFET 10的斷開狀態(tài)下，源極與漏極觸點之間的任何電壓由漂移層14來支持。由于常規(guī)功率MOSFET 10的垂直結構，可以在不損壞器件的情況下將大電壓置于源極觸點32與漏極觸點34之間。
[0006]圖2示出了當器件處在接通狀態(tài)下時的常規(guī)功率MOSFET 10的操作。當將正偏置施加于常規(guī)功率MOSFET 10的柵極觸點30時，在柵極觸點30下面的漂移層14的表面處形成反型層溝道36，由此將常規(guī)功率MOSFET 10置于接通狀態(tài)下。在常規(guī)功率MOSFET 10的接通狀態(tài)下，允許電流(在圖2中由陰影區(qū)示出)從源極觸點32的每個源極觸點流過反型層溝道36并流入漂移層14的JFET區(qū)18。一旦在JFET區(qū)18中，電流就向下穿過漂移層14流向漏極觸點34。由在深阱區(qū)20、基極區(qū)22和漂移層14之間形成的結呈現(xiàn)的電場將JFET區(qū)18中的電流流動約束到具有JFET溝道寬度40的JFET溝道38中。在當由結型注入物16呈現(xiàn)的電場被減小時的離反型層溝道36的特定擴展距離42處，電流的流動被橫向分布，或展開在漂移層14中，如圖2中示出的那樣。JFET溝道寬度40和擴展距離42確定功率MOSFET 10的內(nèi)阻，由此支配器件的性能。常規(guī)功率MOSFET 10 —般需要3微米或更寬的溝道寬度26，以便為器件的正確操作維持足夠的JFET溝道寬度和40擴展距離42。
[0007]由深阱區(qū)20、基極區(qū)22和漂移層14之間的結形成的電場輻射穿過柵極氧化物層28，由此隨時間物理地使柵極氧化物層28退化。最終，所述電場將導致柵極氧化物層28損壞，并且常規(guī)功率MOSFET 10將停止運行。
[0008]相應地，需要能夠處理斷開狀態(tài)下的高電壓同時維持低接通狀態(tài)電阻并且具有改進的壽命的功率MOSFET。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本公開涉及一種晶體管器件，該晶體管器件包括襯底、襯底之上的漂移層、以及漂移層之上的擴展層。擴展層包括通過結型柵極場效應(JFET)區(qū)分離的結型注入物對。所述結型注入物的每個結型注入物可以包括深阱區(qū)、基極區(qū)和源極區(qū)。所述晶體管器件進一步包括柵極氧化物層、柵極觸點、源極觸點對和漏極觸點。所述柵極氧化物層在所述擴展層的部分上，使得所述柵極氧化物層部分地交疊和延伸在每個結型注入物的每個源極區(qū)之間。所述柵極觸點在所述柵極氧化物層的頂上。所述源極觸點的每個源極觸點在所述擴展層的部分上，使得每個源極觸點分別部分地交疊每個結型注入物的源極區(qū)和深阱區(qū)兩者。所述漏極觸點在與所述漂移層相對的所述襯底的表面上。
[0010]根據(jù)一個實施例，所述擴展層具有緩變的摻雜輪廓，使得所述擴展層的摻雜濃度與所述擴展層中的點離JFET區(qū)的距離成比例地降低。
[0011]根據(jù)一個附加實施例，所述擴展層包括多個層，每個具有與該層離JFET區(qū)的距離成比例地逐漸降低的不同摻雜濃度。
[0012]通過將擴展層置于漂移層之上，可以在同時地維持或減小器件的接通電阻時減小每個結型注入物之間的間隔或JFET區(qū)的長度。通過減小每個結型注入物之間的間隔，在晶體管器件的反向偏置期間生成的電場的較大部分被結型注入物的每個結型注入物終止，由此減小柵極氧化物層所經(jīng)受的電場，并增加器件的壽命。
[0013]在閱讀與附圖結合的優(yōu)選實施例的下面詳細描述后，本領域技術人員將領會本公開的范圍并且認識到其附加方面。
【附圖說明】
[0014]被并入且形成本說明書的部分的附圖圖示了本公開的幾個方面，并且與描述一起用于解釋本公開的原理。
[0015]圖1示出了常規(guī)功率MOSFET器件的略圖。
[0016]圖2示出了圖1中示出的常規(guī)功率MOSFET器件的操作的細節(jié)。
[0017]圖3示出了根據(jù)本公開的一個實施例的功率MOSFET器件。
[0018]圖4示出了根據(jù)本公開的一個實施例的、圖3中示出的功率MOSFET器件的操作的細節(jié)。
[0019]圖5示出了圖3中示出的功率MOSFET器件的替代實施例。
[0020]圖6-15圖示了用于制造圖3中示出的功率MOSFET器件的工藝。
[0021]圖16示出了指示通過圖3中示出的功率MOSFET器件實現(xiàn)的性能改進的圖形。
[0022]圖17示出了指示通過圖3中示出的功率MOSFET器件實現(xiàn)的壽命改進的圖形。
【具體實施方式】
[0023]以下闡述的實施例表示使本領域技術人員能夠實踐實施例的必要信息，并且圖示了實踐實施例的最佳模式。在閱讀根據(jù)附圖的下面描述時，本領域技術人員將理解本公開的概念，并且將認識到未在本文中特別提及的這些概念的應用。應當理解的是，這些概念和應用落在本公開和所附權利要求的范圍內(nèi)。
[0024]將理解的是，盡管術語第一、第二等可以在本文中被用來描述各種元件，但是這些元件不應當受限于這些術語。這些術語僅被用來將一個元件與另一個區(qū)分開。例如，在不脫離本公開的范圍的情況下，第一元件可以稱為第二元件，并且，類似地，第二元件可以稱為第一元件。如在本文中使用的，術語“和/或”包括關聯(lián)的所列出項中的一個或多個的任何和所有組合。
[0025]將理解的是，當諸如層、區(qū)或襯底的元件被稱為“在另一元件上”或延伸“到另一元件之上”時，其可以直接在另一元件上或直接延伸到另一元件上，或者介入元件也可以存在。相反，當元件被稱為“直接在另一元件上”或“直接延伸到另一元件上”時，沒有介入元件存在。同樣地，將理解的是，當諸如層、區(qū)或襯底的元件被稱為“在另一元件之上”或“在另一元件之上”延伸時，其可以直接在另一元件之上或直接在另一