[實(shí)用新型]一種分裂柵型溝槽功率MOS器件

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201220467212.7
• 申請(qǐng)日: 2012-09-14
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN202816955U
• 公開(kāi)（公告）日: 2013-03-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王穎;胡海帆;焦文利
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 哈爾濱工程大學(xué)
• 主分類號(hào): H01L29/78
• 分類號(hào): H01L29/78;H01L29/423
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型涉及MOS器件版圖邊緣設(shè)計(jì)領(lǐng)域，具體涉及一種應(yīng)用在低、中壓器件中溝槽結(jié)構(gòu)同終端結(jié)構(gòu)連通的分裂柵型溝槽功率MOS器件。

背景技術(shù)

在20世紀(jì)九十年代，功率溝槽MOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管（Power?Trench?MOSFET）的發(fā)展和工業(yè)化技術(shù)的主要研究方向，主要在最小化低壓功率器件的正向?qū)娮瑁≧on）。今天，功率溝槽MOS器件的結(jié)構(gòu)已經(jīng)適用于大多數(shù)功率MOSFET的應(yīng)用中，并且器件的特性不斷地接近硅材料的一維限制（表述了器件漂移區(qū)特征導(dǎo)通電阻和關(guān)斷態(tài)時(shí)擊穿電壓的理論關(guān)系）。降低表面電場(chǎng)REduced?SURface?Field（RESURF）技術(shù)的提出，可以令擊穿電壓為600V的功率溝槽MOS器件超過(guò)硅材料的一維限制。接著依據(jù)RESURF的工作原理，又出現(xiàn)分裂柵型溝槽（Split-Gate?Trench）MOSFET器件結(jié)構(gòu)，可以在等比例縮小的30V左右的低壓下超過(guò)硅材料的一維限制。因此，分裂柵型溝槽MOS器件在低、中壓（20~200V）范圍內(nèi)，擁有較低的正向?qū)娮瑁加忻黠@的優(yōu)勢(shì)。

但是，當(dāng)前的分裂柵型溝槽MOSFET器件版圖中的邊緣處設(shè)計(jì)仍然存在問(wèn)題，從結(jié)構(gòu)上需要多次工藝和多塊光刻板來(lái)配合完成，但是仍很難保證器件終端的承受電壓，不僅增加了器件的制作成本，還降低了器件的工作可靠性。

公開(kāi)號(hào)為US8013391B2的美國(guó)專利《Power?Semiconductor?Devices?With?Trenched?Shielded?Split?Gate?Transistor?And?Methods?Of?Manufacture》，公開(kāi)了分裂柵型溝槽功率MOS器件的元胞結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及器件版圖布局設(shè)計(jì)（圖27）。器件版圖邊緣設(shè)計(jì)原則為：有源區(qū)中的溝槽同終端保護(hù)環(huán)平行時(shí)，兩者間距與元胞內(nèi)臺(tái)面寬度等距；終端保護(hù)環(huán)為弧線時(shí)，有源區(qū)中的溝槽同終端保護(hù)環(huán)最近距離，為元胞內(nèi)臺(tái)面的半個(gè)寬度。該器件存在的問(wèn)題是，器件容易發(fā)生提前擊穿，且擊穿點(diǎn)發(fā)生在最外側(cè)元胞同終端保護(hù)環(huán)之間最近的位置。

發(fā)明內(nèi)容

本實(shí)用新型的目的在于提供一種有效提高擊穿電壓的分裂柵型溝槽功率MOS器件。

本實(shí)用新型的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的：

分裂柵型溝槽功率MOS器件，有源區(qū)中溝槽結(jié)構(gòu)同終端結(jié)構(gòu)連通，有源區(qū)中的臺(tái)面是兩端為半圓形的長(zhǎng)條結(jié)構(gòu)，半圓形的直徑同臺(tái)面寬度相同。

分裂柵型溝槽功率MOS器件的終端保護(hù)環(huán)和分裂柵型溝槽功率MOS器件的元胞結(jié)構(gòu)在同一層光刻板。

本實(shí)用新型的有益效果在于：

本實(shí)用新型中分裂柵溝槽功率MOS器件為溝槽包圍臺(tái)面結(jié)構(gòu)，這樣可以保證器件的有源區(qū)臺(tái)面結(jié)構(gòu)一致，優(yōu)化器件內(nèi)臺(tái)面結(jié)構(gòu)中的電場(chǎng)分布，從而整體上提高分裂柵型溝槽功率MOS器件的擊穿電壓。

附圖說(shuō)明

圖1為已經(jīng)公開(kāi)的分裂柵型溝槽MOS功率器件版圖的邊緣結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為圖1中的A-A`區(qū)域?qū)?yīng)的三維模型；

圖3本實(shí)用新型公開(kāi)的分裂柵型溝槽MOS功率器件的版圖邊緣結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4圖3中的B-B`區(qū)域?qū)?yīng)的三維模型；

圖5圖3中的C-C`橫截面示意圖；

圖6本實(shí)用新型與已有發(fā)明結(jié)構(gòu)的擊穿電壓仿真曲線對(duì)比示意圖；

圖7本實(shí)用新型與已有發(fā)明硅體內(nèi)最大電場(chǎng)強(qiáng)度分布對(duì)比示意圖；

圖8本實(shí)用新型與已有發(fā)明硅體內(nèi)最大碰撞電離率分布對(duì)比示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步描述：

本實(shí)用新型提出了分裂柵型溝槽功率MOS器件版圖邊緣設(shè)計(jì)，特別設(shè)計(jì)器件元胞中溝槽結(jié)構(gòu)同終端結(jié)構(gòu)連通，且有源區(qū)中臺(tái)面結(jié)構(gòu)為兩端等直徑半圓的長(zhǎng)條結(jié)構(gòu)。在不增加工藝步驟及光刻板的同時(shí)，節(jié)省了工藝步驟，保證器件的擊穿電壓，提高了器件的工作可靠性。

在分裂柵型溝槽功率MOS器件的研究中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)溝槽深度一定時(shí)，分裂柵型溝槽功率MOS器件的擊穿電壓主要受器件有源區(qū)溝槽的間距影響。傳統(tǒng)分裂柵MOS器件，為臺(tái)面包圍溝槽結(jié)構(gòu)，在器件的拐角處，由于終端溝槽同有源區(qū)溝槽間距變化較大（如圖1所示），直接影響臺(tái)面中電場(chǎng)分布的平坦化，從而降低分裂柵型溝槽MOS器件的擊穿電壓。而本實(shí)用新型中分裂柵溝槽功率MOS器件為溝槽包圍臺(tái)面結(jié)構(gòu)，這樣可以保證器件的有源區(qū)臺(tái)面結(jié)構(gòu)一致，優(yōu)化器件內(nèi)臺(tái)面結(jié)構(gòu)中的電場(chǎng)分布，從而整體上提高分裂柵型溝槽功率MOS器件的擊穿電壓。