[發(fā)明專利]具有平面狀通道的垂直功率金氧半場效晶體管元胞

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201480002340.6
• 申請日: 2014-12-05
• 公開（公告）號: CN105431946B
• 公開（公告）日: 2019-06-28
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 曾軍;穆罕默德·恩·達維希;蒲奎;蘇世宗
• 申請（專利權(quán)）人: 馬克斯半導(dǎo)體股份有限公司
• 主分類號: H01L29/78
• 分類號: H01L29/78;H01L29/732;H01L21/8224
• 代理公司: 北京市浩天知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11276
• 代理人: 宋菲;劉云貴

本發(fā)明公開了一種具有平面狀通道的垂直功率金氧半場效晶體管元胞，包括具有漏極電極的N+硅基板。低摻雜濃度N型漂移層長于該基板上。交替的N型縱列與P型縱列形成于該漂移層上并具有較高的摻雜濃度。然后具有高于該漂移區(qū)的摻雜濃度的N型層被形成且被蝕刻成具有側(cè)壁。P井被形成于該N型層，并且N+源極區(qū)被形成于該P井中。柵極被形成于該P井的橫向通道上，并且靠近該側(cè)壁以作為一垂直場板。源極電極接觸該P井與源極區(qū)。正柵極電壓反型該橫向通道并且沿著該側(cè)壁來增加導(dǎo)電性。該源極與該漏極之間的電流橫向地流動，然后透過多樣的N層來垂直地流動。開啟電阻被減少且該擊穿電壓被增加。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明關(guān)于功率金氧半場效晶體管(metal-oxide-semiconductor field-effecttransistor,金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管，于下文中稱作為MOSFET)，尤指具有平面狀DMOS部與垂直導(dǎo)電部的垂直超級結(jié)MOSFET。

本申請案主張的優(yōu)先權(quán)為在2014年2月4日由Jun Zeng等向美國智慧財產(chǎn)局所提出的申請案，其申請案號為61/935,707，在此并入其全部參考內(nèi)容。

背景技術(shù)

垂直MOSFET作為高電壓且高功率的晶體管是受歡迎的，由于能夠提供厚的且低摻雜濃度的漂移層，以達到于該關(guān)閉狀態(tài)中的高擊穿電壓。通常，該MOSFET包括高摻雜的N型基板、厚且低摻雜濃度的N型漂移層、靠合于該漂移層的P型主體層、于該主體層頂部的N型源極以及借由薄的柵極氧化物而自該主體區(qū)分開的柵極。其通常提供一垂直凹槽柵極。源極電極被形成于該頂面，并且漏極電極被形成于該底面。當該柵極對于該源極來說足夠正時，該N型源極與該N型漂移層之間的P型主體的通道區(qū)，反型并創(chuàng)造在源極與漏極之間的垂直導(dǎo)電路徑。

于該裝置為關(guān)閉狀態(tài)中，當該柵極與該源極為短路或為負時，于該源極與漏極之間的漂移層消耗及大的擊穿電壓(例如超過600伏特)能被持續(xù)。然而，由于厚的漂移層所需要的低摻雜，使得該開啟電阻變差。增加該漂移層的摻雜會減少該開啟電阻，但是會降低該擊穿電壓。

形成延伸至該基板的交替P型硅與N型硅的垂直縱列，以取代單一N型漂移層為現(xiàn)有技術(shù)，其中這些縱列中的電荷被平衡，且當該MOSFET被關(guān)閉時，于高電壓的P型縱列與N型縱列完全地消耗。其被稱為超級結(jié)(super junction)。于此配置中，該N型縱列的摻雜濃度可高于現(xiàn)有N型漂移層的摻雜濃度。其結(jié)果，于相同的擊穿電壓下開啟電阻能被減少。超級結(jié)MOSFET能借由多重磊晶生長與植入制程來被形成。形成延伸至該基板的厚且交替的P型縱列與N型縱列需要多次的循環(huán)，該循環(huán)為磊晶生長該縱列厚度的一部分，然后遮蔽并植入該P型摻雜與該N型摻雜，然后長出更多的縱列厚度并重復(fù)該遮蔽與植入制程。植入步驟的數(shù)量可能超過20次，取決于該厚度。在每一植入循環(huán)之間，由于高的制程溫度，這些摻雜會產(chǎn)生不期望的橫向擴散。其大幅地增加了胞數(shù)組中所需要的胞間距，使得該晶粒變更大。其結(jié)果，該MOSFET不理想地被形成，且制程非常耗時。

另外，超級結(jié)可借由P型延伸層再填充的N型硅中蝕刻深的凹槽來被形成。這些凹槽必須為深的，使得其為足夠長的垂直漂移層，以于高擊穿電壓中作為一空乏區(qū)。形成深的凹槽耗時，因此成本昂貴。

這些功率MOSFET被形成具有大數(shù)量的相同的平行胞。這些裝置之間的任何變化可能造成于該MOSFET上發(fā)生不均勻的電流與溫度，會減少其效率與擊穿電壓。

功率MOSFET所需要的是，不具有上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點與限制。

發(fā)明內(nèi)容

于一實施例中，MOSFET被形成具有用于橫向電流流動的平面狀通道區(qū)，以及用于垂直電流流動的垂直導(dǎo)電路徑。