[发明专利]具有不同宽度硅柱的高压垂直晶体管

说明书

本申请是申请号为200910211646.3、申请日为2009年9月17日，发明名称为“具有不同宽度硅柱的高压垂直晶体管”的发明专利申请的分案申请。

技术领域

本公开涉及可承受高压的场效应半导体晶体管结构。

背景技术

在半导体技术中，高压场效应晶体管(HVFET)是公知的。很多HVFET使用的器件结构包括延伸的漏极区域，当该器件为“关”状态时，其承载或阻挡该施加的高压(例如，几百伏特)。这种类型的HVFET通常用于功率转换应用中，例如离线电源极的AC/DC转换器、马达控制等。这些器件可以在高压下转换，并在实现“开”态最小化电流电阻的同时实现关态的高阻挡电压。该阻挡或击穿电压通常缩写表示为Vbd或BV。首字母缩略词Rds涉及该延伸漏极区域中的电阻和表面面积的乘积，并通常用来描述器件的开态性能。

在现有的垂直HVFET结构中，半导体材料的台或柱构成用于开态电流的延伸区域或漂移区域。该硅柱结构通常形成为跑道形状，具有在垂直于该柱长度方向上的重复的柱结构。图1示出传统高压垂直晶体管硅柱图案的一端。这一结构的特征在于由半圆(即，放射状)的尖端区域连接一对长、直的边带区域。尖端和边带区域的该柱宽(PW)全部恒定。该垂直器件结构特征在于形成在该衬底项面附近的沟槽栅极，其邻近该柱的侧壁区域，在该处主体区域布置在该延伸漏极区域之上。向该栅极极施加合适的电动势使得沿着该主体区域的垂直侧壁部分形成导电沟道，以便电流垂直地流过该半导体材料，即，从设置源极区域的衬底顶面，穿过漂移区域直至设置漏极区域的该衬底底部。该漂移区域通常为轻掺杂，以便当该器件关断时承载施加到该漏极区域的高压。因此，该延伸漏极区域掺杂的降低与长度的增加对该器件的开态性能具有有害的影响，两者都引起了开态电阻的增加。换句话说，传统的高压FET设计特征在于在BV与Rds之间的权衡。

附图说明

通过下面的详细描述并结合附图，将可更全面地了解本公开，然而，不能将本发明限定于示出的特定实施例，而应将其仅作为解释和说明。

图1是现有技术的垂直高压垂直场效应晶体管(HVFET)的部分图案的顶视图。

图2示出了相对于边带区域的尖端区域中具有更窄柱宽的垂直HVFET结构的一端图案的实例。

图3示出了图2具有电介质区域及附加场板部件的图案实例。

图4示出了图2中所示垂直HVFET结构的代表性侧视截面(沿切割线A-A’)的实例。

图5示出了图2中所示垂直HVFET结构的代表性侧视截面(沿切割线B-B’)的实例。

图6A-6E图示了垂直HVFET结构的跑道状硅柱一端的不同实例的图案。

图7是示出了具有图2中所示图案的垂直HVFET结构实例的漏极击穿电压与柱宽的关系曲线图。

具体实施方式

下面的描述中阐明了具体的细节，例如材料类型、尺寸、结构特征、工艺步骤等，以便在这里提供对公开的彻底理解。然而，本领域技术人员将理解，这些具体的细节并非为实施所描述的实施例而需要。也应该理解，附图中的元件是代表性的，并且为了清楚没有按比例绘制。

图2示出了垂直HVFET的硅柱10的实例图案。图2的顶视图示出了连续的、增长的、跑道形环(例如，圆环或椭圆)结构的一端，其包括在相反侧被电介质区域环绕的半导体材料柱。设置在该电介质区域内柱10两侧上的分别是栅极部件和导电场板。尽管为了清楚而未在图2中示出，但该电介质和场板部件图示在图3-5中，随后描述。

图2的实例中，跑道形柱10具有从直的边带部分到圆形的尖端部分变化的宽度(即，间距)。例如，边带11包括两个基本平行的柱10的侧边部，其在y方向上延伸。在500-700V的HVFET器件结构的典型实例中，每个边带11的宽度W1约为2.4-2.8μm。边带11间隔开的距离d3约为10-12μm。柱10在过渡部分13上变窄，从边带11的每一末端的宽度W1降至宽度W2。对于500-700V的HVFET器件结构的实例，宽度W2约为1.8-2.2μm。可以理解，在其它实施例中，根据设计的考虑、面积的制约和光刻图像的限制等，宽度W1可以比2.8μm宽，而宽度W2可以比1.8μm窄。