[發明專利]一種功率場效應晶體管的結構與制備方法

有效

• 申請號: 201210490394.4
• 申請日: 2012-11-27
• 公開（公告）號: CN103839999A
• 公開（公告）日: 2014-06-04
• 發明（設計）人: 蘇冠創
• 申請（專利權）人: 深圳市力振半導體有限公司
• 主分類號: H01L29/78
• 分類號: H01L29/78;H01L29/06;H01L21/336
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及半導體功率器件技術領域，具體的說，涉及一種橫向的場效應晶體管的新結構與制備方法。

背景技術

從器件的物理結構來看，功率場效應晶體管(Power?MOSFET)的導電溝道可分為縱向的和橫向的，它具有低正向壓降、高轉換速度、容易柵控制等特點，在低中壓電力電子應用中成為一種重要的半導體器件，目前，功率場效應晶體管作為功率開關器件已被廣泛應用于各類電子、通訊產品、電腦、消費電器和汽車電子等。

溝槽式功率場效應晶體管(Trench?Power?MOSFET)的導電溝道在縱的方向上，與普通橫向的功率場效應晶體管相比，在相同面積下，具有更低的導通電阻，因其具有結構上的高效以及導通電阻特性低的優點，溝槽型功率場效應晶體管作為電源控制用電子器件已被廣泛應用。

九十年代后期，商用的溝槽式功率場效應晶體管產品開始批量投產，當時，器件的單元尺寸約為4.0um左右，發展至2010年左右，最小單元尺寸已縮小至0.8um，器件的導通電阻得到極大的改進，芯片尺寸大為縮小，隨著單元尺寸的縮小，器件柵極電容卻大大地增加。總的來說，器件的優點指數(Ron?x?Qg，Ron為器件的導通電阻，Qg為器件的柵極電容)不但沒有改進，反之變得更差。與縱向的溝槽式場效應晶體管相比，橫向的場效應晶體管有更好的優點指數，橫向的場效應晶體管型功率分立器件主要有兩種結構：一種是柵極，源極和漏極都在器件芯片的表面上，另一種是柵極和源極在芯片的表面上而漏極在底面。在二十一世紀的頭十年，大部分的消費電子產品對功率器件的電學特性要求較為側重于導通電阻，而溝槽式場效應晶體管能提供很好的導通電阻，加上成本相對較低，它順利地成為主流，而橫向的場效應晶體管雖然有較好的優點指數，礙于成本較高，未能普及。

隨著消費電子產品微型化的趨勢，對功率場效應晶體管要求不僅導通電阻要低和開關速度快，還要成本低。溝槽式場效應晶體管導通電阻低和價格便宜，但開關速度相對較慢；橫向的場效應晶體管有較好的優點指數，但成本較高，與縱向的溝槽式場效應晶體管相比，現有的橫向的場效應晶體管的導通電阻較高，對相同的導通電阻要求，橫向的場效應晶體管的芯片面積較大，有些時候芯片面積太大，不能嵌進微型封裝內；目前需要一種橫向的場效應晶體管功率器件能更好地優化導通電阻，開關速度快和成本。

發明內容

本發明克服了現有器件結構的缺點，提供了一種橫向的場效應晶體管功率器件的新型結構與它的制備方法，其較之前的溝槽式功率場效應晶體管或橫向的場效應晶體管更有效地優化導通電阻，開關速度和成本。

為了解決上述技術問題，本發明是通過以下設計方案來優化器件的性能：

新型器件的結構是：在橫向的場效應晶體管的漏極LDD區處加入電壓浮動的而與LDD區相反的摻雜區，如LDD是N型的，加入的會是P型區。為了便于說明，先說說什么是溝槽式功率場效應晶體管基本單元和什么是橫向的場效應晶體管基本單元：溝槽式功率場效應晶體管基本單元如圖1所示，它是組成溝槽式功率場效應晶體管的基本單元，它的導電溝道在縱的方向上，即與表面垂直；LDMOS是橫向的場效應晶體管的一種，現以LDMOS為例，LDMOS可以用來組成橫向的場效應晶體管，它的柵極，源極和漏極都在器件芯片的表面上；LDMOS也可以用來組成縱向的場效應功率晶體管，它的柵極和源極在芯片的表面上而漏極在底面，器件的導電溝道在表面上，它的基本單元如圖2所示。圖2所示的橫向的場效應晶體管的導通電阻由以下部分組成：金屬與半導體的接觸電阻，溝道電阻，LDD的體電阻，深溝槽的體電阻和襯底的體電阻。其中LDD的體電阻是器件的導通電阻的主要組成的一部分，新的器件結構在漏極的LDD區處加入與LDD區相反的電壓浮動的摻雜區26，如圖3和圖4所示，這可以使LDD區的摻雜濃度增高而沒有降低器件擊穿電壓，從而降低了器件的導通電阻又不會影響開關速度。

新的器件結構基本單元可以用來組成不同的功率器件，如：

(i)縱向的場效應功率晶體管，它的柵極和源極在芯片的表面上而漏極在底面，導電溝道在表面上，漏極的連接是用一導電深溝槽把LDMOS在外延層表面的漏區的LDD連接至襯底如圖5所示；