[發明專利]具有超結結構的平面型功率MOSFET器件及其制造方法

有效

• 申請號: 201110210968.3
• 申請日: 2011-07-26
• 公開（公告）號: CN102270663A
• 公開（公告）日: 2011-12-07
• 發明（設計）人: 朱袁正;葉鵬
• 申請（專利權）人: 無錫新潔能功率半導體有限公司
• 主分類號: H01L29/78
• 分類號: H01L29/78;H01L29/10;H01L21/336
• 代理公司: 無錫市大為專利商標事務所 32104
• 代理人: 曹祖良

技術領域

本發明涉及一種平面型功率MOSFET器件及其制造方法，尤其是一種具有超結結構的平面型功率MOSFET器件及其制造方法，屬于超結結構半導體的技術領域。

背景技術

MOSFET器件是一種多數載流子器件，其具有雙極型器件所不具備的輸入阻抗高、開關速度快的特點和優勢。由于MOSFET沒有少數載流子存儲的問題，因此，其開關延遲特性主要是因為寄生電容的充電和放電。

一般而言，評估功率MOSFET器件的寄生電容通常包括：輸入電容（Ciss）、輸出電容（Coss）、反饋電容（Crss）。輸入電容是柵源寄生電容（Cgs）與柵漏寄生電容（Cgd）之和，即Ciss=Cgs+Cgd；輸出電容是漏源寄生電容（Cds）與柵漏寄生電容之和，即Coss=Cds+Cgd；反饋電容也稱為米勒電容，Crss=Cgd。功率MOSFET是電壓驅動型器件，其柵極驅動電壓由0V上升至指定電壓（如12V）的過程可以理解為其體內寄生電容充電的過程，寄生電容越大，其所需的充電電荷Qg越多，相應的開通速度也就越慢，同時，還會帶來開通損耗變大的不利影響；同理，關斷時的關斷速度和關斷損耗亦是由寄生電容的放電過程所決定。在整個開關過程中，米勒電容Crss及其所對應的柵漏電荷（Qgd）將會起到主導作用，因此，若能降低Cgd，就可提高開關速度、降低開關損耗。

以平面型功率MOSFET為例，其單個元胞的寄生電容如附圖15，其中Cox是柵氧化層寄生電容，Cgd1是在柵極下的漂移層內產生的耗盡層的寄生電容，由圖中可知，Cgd是Cox與Cgd1串聯而成，即1/Cgd=1/Cox+1/Cgd1。Cgd是漏源電壓Vds的函數，當器件上施加一個較高的Vds時，且此時器件上沒有柵源電壓Vgs，那么位于柵氧化層下的耗盡層使得Cgd1很小，此時Cgd的大小主要由Cgd1所決定；當器件上施加一個Vgs，且Vgs的值達到或超過器件的閾值電壓Vth，器件開始導通，此時Vds會下降至0V，柵氧化層下的耗盡層消失，Cgd1大大增加，此時Cgd的大小主要由Cox所決定。Cox主要由柵氧化層厚度所決定，柵氧化層越厚，Cox越小，那么在器件導通時的Cgd也越小。然而，如果增加柵氧化層厚度，則會直接影響到器件的Vth（Vth增大）和跨導Gfs（Gfs減小），尤其是對于一些線性電路，跨導減小會大大降低柵壓對漏源電流的控制能力，降低器件的性能。

發明內容

本發明的目的是克服現有技術中存在的不足，提供一種具有超結結構的平面型功率MOSFET器件及其制造方法，其米勒電容低、開關速度快、開關損耗低、工藝簡單及成本低廉。

按照本發明提供的技術方案，所述具有超結結構的平面型功率MOSFET器件，在所述MOSFET器件的俯視平面上，包括位于半導體基板的元胞區和終端保護區，所述終端保護區位于元胞區的外圈，且終端保護區環繞包圍元胞區；所述元胞區內包括若干規則排布且相互并聯連接的元胞；在所述MOSFET器件的截面上，半導體基板具有相對應的第一主面與第二主面，所述第一主面與第二主面間包括第一導電類型漂移層；在半導體基板的第一導電類型漂移層內包括若干對具有第一導電類型的第一柱和具有第二導電類型的第二柱；所述第一柱與第二柱沿著電流流通方向在半導體基板的第一導電類型漂移層內延伸；在垂直電流流通的方向上，由所述第一柱和第二柱構成的多對PN柱交替連接設置，在半導體基板內形成超結結構；其創新在于：

在所述MOSFET器件的截面上，所述元胞區內包括位于第一導電類型漂移層內的第二導電類型層，所述第二導電類型層與所述第二導電類型層下方的第二導電類型第二柱相連接，相鄰的第二導電類型層間通過第一導電類型漂移層隔離，第二導電類型層內設有第一導電類型注入區；所述相鄰第二導電類型層之間的第一導電類型漂移層正上方對應的第一主面上設置有第二柵氧化層區，所述第二柵氧化層區的寬度不大于第一導電類型漂移層內相鄰第二導電類型層之間的水平距離；第二柵氧化層區的兩側設有第一柵氧化層區，所述第二柵氧化層區的厚度大于第一柵氧化層區的厚度；第一柵氧化層區與相應的第二導電類型層及所述第二導電類型層內的第一導電類型注入區部分交疊接觸；在半導體基板的第一主面上，靠近第二柵氧化層區一側，第二導電類型層包覆第二導電類型層內的第一導電類型注入區的水平距離小于第一柵氧化層區的寬度；