[發明專利]一種具有超結結構的平面型功率MOSFET器件及其制造方法

在審

• 申請號: 202110956390.X
• 申請日: 2021-08-19
• 公開（公告）號: CN113690317A
• 公開（公告）日: 2021-11-23
• 發明（設計）人: 陳利;陳彬
• 申請（專利權）人: 福建晉潤半導體技術有限公司
• 主分類號: H01L29/78
• 分類號: H01L29/78;H01L29/06;H01L23/32;H01L21/336
• 代理公司: 東莞市卓易專利代理事務所(普通合伙) 44777
• 代理人: 魏昕

本發明涉及超結結構半導體技術領域，且公開了一種具有超結結構的平面型功率MOSFET器件及其制造方法，包括半導體基板和主板，所述半導體基板包括規則排布的五組np組合柱及位于所述np組合柱底部的n+漏極層，所述五組np組合柱的頂部設有表面n層，所述表面n層上設有半導體，該具有超結結構的平面型功率MOSFET器件及其制造方法，通過在器件制作完成進行安裝使用時，將n+漏極層底部的保持框通過平衡板對應主板上安裝螺孔的位置進行壓持，通過旋緊螺栓使平衡板與主板進行固定，使得MOSFET器件在安裝后可保持穩定，避免在后續其他器件的安裝操作時碰撞到MOSFET器件后導致針腳彎曲甚至斷裂，保證了MOSFET器件的正常使用，適用性較高。

技術領域

本發明涉及超結結構半導體技術領域，具體為一種具有超結結構的平面型功率MOSFET器件及其制造方法。

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。

在中國發明專利申請公開說明書CN102270663B中公開的一種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；其特征是：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；所述第一柵氧化層區及第二柵氧化層區上均覆蓋有導電多晶硅，所述導電多晶硅上設有絕緣介質層，所述絕緣介質層覆蓋于相應的導電多晶硅上并包覆相應的第一柵氧化層區、第二柵氧化層區及導電多晶硅；在半導體基板的第一主面上，相鄰的絕緣介質層間設有源極引線孔，所述源極引線孔內填充有源極金屬，所述源極金屬與導電多晶硅間通過絕緣介質層隔離，且所述源極金屬同時與第一導電類型注入區及第二導電類型層歐姆接觸，該發明優點為：1、在元胞區內，采用兩種厚度的柵氧化層，第一柵氧化層區與其下方的第二導電類型層、第一導電類型注入區一起形成了所述MOSFET器件的溝道區，由于第一柵氧化層區的厚度比較薄，因此，柵極對于漏源電流的控制力與普通MOSFET相比并未有明顯變化，器件的跨導、閾值電壓等性能沒有明顯改變。2、在元胞區內，第二柵氧化層區下方由于并未形成器件的溝道，因此不會對跨導、閾值電壓帶來影響；同時，第二柵氧化層區的厚度較厚可以大大降低器件的寄生柵氧電容Cox，從而降低米勒電容，使得器件的開關速度加快，開關損耗降低。3、本發明結構工藝流程簡單易行，第一柵氧化層區的厚度與第二柵氧化層區的厚度可以依照指定目標方便設置，同時，第二柵氧化層區的寬度也可由對應層次的設計尺寸方便設置，便于推廣至大生產。4、本發明結構適用范圍廣，對于使用平面工藝制作的功率 MOSFET都可行，如平面型的普通DMOS，平面型的超結(Super Junction) MOSFET，平面型的IGBT。