[发明专利]P型超结横向双扩散MOSFET器件

说明书

技术领域

本发明涉及半导体器件设计领域，特别是指一种P型超结横向双扩散MOSFET器件。

背景技术

图1所示为传统超结结构应用于N型纵向功率MOS器件，即N型CooLMOS结构。其是在重掺杂的N型硅衬底101上具有水平分布的两轻掺杂P型区102，两轻掺杂的P型区102之间具有一轻掺杂N型外延漂移区103，上部左右分别具有重掺杂的P型阱区104和位于P型阱区104中的重掺杂N型区105（源漏区），中间的沟道区上方淀积多晶硅栅极。该结构导通过程中只有多数载流子--电子，而没有少数载流子的参与，因此，其开关损耗与传统的功率MOSFET相同，而且其电压支持层的杂质掺杂浓度可以提高将近一个数量级；此外，由于垂直方向上插入P型区，可以补偿过量的电流导通电荷。在漂移层加反向偏置电压，将产生一个横向电场，使PN结耗尽。当电压达到一定值时，漂移层完全耗尽，将起到电压支持层的作用。由于掺杂浓度的大幅提高，在相同的击穿电压下，导通电阻Ron可以大大降低，甚至突破硅限，但是此类器件的平面栅结构会使得两侧重掺杂P阱区104存在JFET夹断效应。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种P型超结横向双扩散MOSFET器件，具有横向及纵向整体的高击穿电压及高可靠性。

为解决上述问题，本发明提供的一种P型超结横向双扩散MOSFET器件，包括：N型衬底重掺杂区及N型外延漂移区，其中：

N型外延漂移区位于N型衬底重掺杂区之上。

所述N型外延漂移区中具有元胞区和终端区，在器件的俯视平面上，终端区位于元胞区外圈将元胞区环绕包围。

剖视平面上，所述元胞区中具有两个P型半绝缘柱区，终端区中更具有多个P型半绝缘柱区，在终端区中均匀分布。

所述的多个P型半绝缘柱区，其底部还均具有第一P型掺杂区，以及顶部均具有第二P型掺杂区。

元胞区中，两个P型半绝缘柱区之间有一个沟槽，所述沟槽内壁表面形成有栅氧化膜，沟槽内填充多晶硅形成栅极。

所述沟槽的两侧与P型半绝缘柱区之间的区域均形成阱区，在阱区上部形成源区，源区和阱区通过接触孔连接地电位。

进一步地，所述P型半绝缘柱区是单一材料，或者是半导体绝缘材料和绝缘材料的复合结构。

进一步地，所述P型半绝缘柱区是半导体绝缘材料和绝缘材料的复合结构时，半导体绝缘材料位于靠外延漂移区一侧。

进一步地，所述接触孔是穿透源区直接与阱区接触，使阱区和源区共用接触孔；或者是停止在源区，通过额外的P型孔注入，形成与阱区的接触。

进一步地，所述终端区其表面或者形成有场氧、多晶硅或金属场板；其远离元胞区方向的外侧或者形成有场截止环；其P型半绝缘柱区之间或包含P型半绝缘柱区的区域也不排除设计有P型浅注入。

进一步地，所述第一P型掺杂区和第二P型掺杂区的掺杂浓度为P型半绝缘柱区的2～5倍，且杂质是均匀分布或在水平方向上呈中间浓两侧淡的分布。

本发明通过P型半绝缘柱区顶部与底部的掺杂浓度提高，解决了器件设计的耐击穿电压值，同时提高了器件整体的纵向和横向击穿电压与可靠性。

附图说明

图1是传统的N型CoolMOS器件；

图2是本发明P型超结横向双扩散MOSFET器件的剖面结构；

图3是P型半绝缘柱区顶部凹陷；

图4是横向电场碰撞电离示意图。

附图标记说明

1是N型衬底重掺杂区                2是N型外延漂移区

31是第一P型掺杂区

32是P型半绝缘柱区

33是第二P型掺杂区

4是栅极沟槽                       5是栅氧化膜

6是多晶硅栅极                        7是阱区

8是源区                              9是接触孔

100是元胞区                          101是终端区

具体实施方式

本发明一种P型超结横向双扩散MOSFET器件，现结合附图说明如下。

如图2所示，在N型衬底重掺杂区1之上具有N型外延漂移区2。

N型外延漂移区2中具有元胞区100和终端区101，在器件的俯视平面上，终端区101是位于元胞区100外圈将元胞区100环绕包围，将元胞区100保护在内。