本發(fā)明涉及半導(dǎo)體領(lǐng)域，尤其涉及一種槽型柵功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管。

背景技術(shù)：

槽型柵功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管(trench power MOSFET)以其低通態(tài)壓降、高頻工作能力、驅(qū)動(dòng)控制簡(jiǎn)單、高功率密度和易并聯(lián)等優(yōu)點(diǎn)廣泛地應(yīng)用在功率控制領(lǐng)域，是目前主流的功率器件之一。其最常見(jiàn)的應(yīng)用是作為功率開(kāi)關(guān)來(lái)控制功率變換，通常是控制并驅(qū)動(dòng)感性負(fù)載工作。因而器件在工作過(guò)程會(huì)經(jīng)歷高頻的開(kāi)關(guān)動(dòng)作，當(dāng)器件在關(guān)斷工作狀態(tài)時(shí)，器件驅(qū)動(dòng)的無(wú)鉗位負(fù)載電感中存儲(chǔ)的能量會(huì)在瞬間全部釋放到器件上，對(duì)器件造成沖擊，這些釋放的能量會(huì)在器件內(nèi)部引起雪崩現(xiàn)象，產(chǎn)生瞬間高壓大電流過(guò)程。一般而言器件具備一定的感性能量承受能力，但當(dāng)感性能量超過(guò)器件所能承受的范圍時(shí)會(huì)導(dǎo)致器件功能失效最終燒毀。通常指器件能夠承受雪崩能量的能力為雪崩耐量，為了增加器件的工作可靠性水平，需要對(duì)器件的雪崩耐量能力進(jìn)行優(yōu)化。

槽型柵功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管的結(jié)構(gòu)圖和等效電路圖分別如圖1和圖2所示，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)存在寄生雙極性NPN晶體管201。研究表明，該寄生晶體管是影響器件雪崩耐量的主要因素，當(dāng)器件發(fā)生雪崩擊穿產(chǎn)生瞬間大電流時(shí)，空穴電流會(huì)沿著N+源極101下的路徑流向P阱102與N+源極101的區(qū)接觸，如圖1所示。其中Rb是存在于N+源級(jí)101下電阻區(qū)的電阻，當(dāng)流過(guò)該電阻的電流足夠大時(shí)，產(chǎn)生的正向壓降大于寄生晶體管基區(qū)和發(fā)射區(qū)正偏置電壓時(shí)，寄生晶體管導(dǎo)通，引起電流集中及二次擊穿等現(xiàn)象，最終器件失效，可見(jiàn)，必須采用合適的方式來(lái)盡可能的減小寄生晶體管開(kāi)啟對(duì)器件產(chǎn)生的不利影響。為了減弱寄生晶體管開(kāi)啟帶來(lái)的影響，現(xiàn)有通常采用的方法是盡量減小Rb電阻阻值，典型的做法是增加P阱102區(qū)域擴(kuò)散濃度，這樣可以通過(guò)P+區(qū)的橫向擴(kuò)散減小Rb阻值，或者通過(guò)調(diào)整N+源級(jí)101接觸區(qū)域的方向，改為縱向擴(kuò)散，這樣也可以通過(guò)降低Rb電阻區(qū)域的電阻長(zhǎng)度來(lái)減小阻值，通過(guò)以上方法能夠在一定程度上有效的降低Rb阻值，提升器件的雪崩耐量能力。

但是采用上述方法，由于N+源級(jí)101下方的Rb阻值雖略微減小，但始終存在，無(wú)法徹底消除該區(qū)域的存在對(duì)器件雪崩可靠性能力帶來(lái)的影響，因此，當(dāng)器件在苛刻條件下關(guān)段時(shí)，過(guò)高的電流仍然會(huì)導(dǎo)致寄生電阻Rb電阻產(chǎn)生大于0.7V的正偏置，引起寄生晶體管的開(kāi)啟。

也就是說(shuō)，現(xiàn)有技術(shù)中對(duì)槽型柵功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管的雪崩耐量能力的優(yōu)化技術(shù)，由于優(yōu)化效果弱，仍然存在器件雪崩可靠性差的技術(shù)問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明通過(guò)提供一種槽型柵功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管，解決了現(xiàn)有技術(shù)中對(duì)槽型柵功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管的雪崩耐量能力的優(yōu)化技術(shù)，由于優(yōu)化效果弱，仍然存在器件雪崩可靠性差的技術(shù)問(wèn)題。

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了如下技術(shù)方案：

一種槽型柵功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管，包括：

襯底、外延層、柵極結(jié)構(gòu)、位于所述外延層表面的第一阱區(qū)和位于所述第一阱區(qū)表面的第二阱區(qū)，其中，所述柵極結(jié)構(gòu)包括：槽型柵極和包圍所述槽型柵極的柵氧化層；其中，所述襯底、所述外延層和所述第二阱區(qū)的摻雜類型均為第一摻雜類型；所述第一阱區(qū)的摻雜類型為第二摻雜類型；所述第二阱區(qū)與源極導(dǎo)通連接，所述襯底與漏極導(dǎo)通連接；

其中，沿垂直于所述襯底表面的方向，所述第二阱區(qū)與所述外延層之間被所述柵極結(jié)構(gòu)填充，以減少所述第二阱區(qū)遠(yuǎn)離所述外延層表面一側(cè)的寄生電阻。

可選的，沿所述外延層表面至所述襯底的方向，所述柵極結(jié)構(gòu)的寬度增加，以填充所述第二阱區(qū)與所述外延層之間的區(qū)域。

可選的，沿所述外延層表面至所述襯底的方向，所述柵極結(jié)構(gòu)中的槽型柵極的寬度增加。

可選的，沿所述外延層表面至所述襯底的方向，在距所述外延層表面第一深度的位置，所述柵極結(jié)構(gòu)的寬度增加。

可選的，所述第一深度為所述第二阱區(qū)的深度。

可選的，沿所述外延層表面至所述襯底的方向，在與所述外延層表面距離所述第一深度的位置，所述柵極結(jié)構(gòu)的寬度增加量大于等于所述第二阱區(qū)寬度的兩倍，以完全填充所述第二阱區(qū)與所述外延層之間的區(qū)域。

可選的，所述第一摻雜類型為N型，所述第二摻雜類型為P型；或所述第一摻雜類型為P型，所述第二摻雜類型為N型。

本申請(qǐng)實(shí)施例中提供的一個(gè)或多個(gè)技術(shù)方案，至少具有如下技術(shù)效果或優(yōu)點(diǎn)：

本申請(qǐng)實(shí)施例提供的槽型柵功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管，沿垂直于所述襯底表面的方向，設(shè)置所述柵極結(jié)構(gòu)填充占據(jù)所述第二阱區(qū)與所述外延層之間的區(qū)域，將現(xiàn)有技術(shù)中位于所述第二阱區(qū)下方的所述第一阱區(qū)替換為所述柵極結(jié)構(gòu)，有效的消除空穴在該區(qū)域的流動(dòng)，消除了寄生電阻Rb，可以有效的降低寄生NPN晶體管開(kāi)啟的幾率，大大提高了器件的雪崩耐量可靠性水平。

附圖說(shuō)明

為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)提供的附圖獲得其他的附圖。

圖1為背景技術(shù)中槽型柵功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管的結(jié)構(gòu)圖；

圖2為背景技術(shù)中槽型柵功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管的等效電路圖；

圖3為本申請(qǐng)實(shí)施例中槽型柵功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管的結(jié)構(gòu)圖。

具體實(shí)施方式

本申請(qǐng)實(shí)施例通過(guò)提供一種槽型柵功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管，解決了現(xiàn)有技術(shù)中對(duì)槽型柵功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管的雪崩耐量能力的優(yōu)化技術(shù)，由于優(yōu)化效果弱，仍然存在器件雪崩可靠性差的技術(shù)問(wèn)題。實(shí)現(xiàn)了大大提高器件的雪崩耐量可靠性水平的技術(shù)效果。

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本申請(qǐng)實(shí)施例提供技術(shù)方案的總體思路如下：

本申請(qǐng)?zhí)峁┮环N槽型柵功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管，包括：

襯底、外延層、柵極結(jié)構(gòu)、位于所述外延層表面的第一阱區(qū)和位于所述第一阱區(qū)表面的第二阱區(qū)，其中，所述柵極結(jié)構(gòu)包括：槽型柵極和包圍所述槽型柵極的柵氧化層；其中，所述襯底、所述外延層和所述第二阱區(qū)的摻雜類型均為第一摻雜類型；所述第一阱區(qū)的摻雜類型為第二摻雜類型；所述第二阱區(qū)與源極導(dǎo)通連接，所述襯底與漏極導(dǎo)通連接；

其中，沿垂直于所述襯底表面的方向，所述第二阱區(qū)與所述外延層之間被所述柵極結(jié)構(gòu)填充，以減少所述第二阱區(qū)遠(yuǎn)離所述外延層表面一側(cè)的寄生電阻。

本申請(qǐng)實(shí)施例提供的槽型柵功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管，沿垂直于所述襯底表面的方向，設(shè)置所述柵極結(jié)構(gòu)填充占據(jù)所述第二阱區(qū)與所述外延層之間的區(qū)域，將現(xiàn)有技術(shù)中位于所述第二阱區(qū)下方的所述第一阱區(qū)替換為所述柵極結(jié)構(gòu)，有效的消除空穴在該區(qū)域的流動(dòng)，消除了寄生電阻Rb，可以有效的降低寄生NPN晶體管開(kāi)啟的幾率，大大提高了器件的雪崩耐量可靠性水平。

為了更好的理解上述技術(shù)方案，下面將結(jié)合具體的實(shí)施方式對(duì)上述技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明，應(yīng)當(dāng)理解本發(fā)明實(shí)施例以及實(shí)施例中的具體特征是對(duì)本申請(qǐng)技術(shù)方案的詳細(xì)的說(shuō)明，而不是對(duì)本申請(qǐng)技術(shù)方案的限定，在不沖突的情況下，本申請(qǐng)實(shí)施例以及實(shí)施例中的技術(shù)特征可以相互組合。

在本實(shí)施例中，提供了一種槽型柵功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管，請(qǐng)參考圖3，圖3為本申請(qǐng)實(shí)施例中槽型柵功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管的結(jié)構(gòu)圖，如圖3所示，包括：

襯底1、外延層2、柵極結(jié)構(gòu)3、位于所述外延層2表面的第一阱區(qū)4和位于所述第一阱區(qū)4表面的第二阱區(qū)5，其中，所述柵極結(jié)構(gòu)3包括：槽型柵極31和包圍所述槽型柵極31的柵氧化層32；其中，所述襯底1、所述外延層2和所述第二阱區(qū)5的摻雜類型均為第一摻雜類型；所述第一阱區(qū)4的摻雜類型為第二摻雜類型；所述第二阱區(qū)5與源極S導(dǎo)通連接，所述襯底1與漏極D導(dǎo)通連接；

其中，沿垂直于所述襯底1表面的方向，所述第二阱區(qū)5與所述外延層2之間被所述柵極結(jié)構(gòu)3填充，以減少所述第二阱區(qū)5遠(yuǎn)離所述外延層2表面一側(cè)的寄生電阻。

需要說(shuō)明的是，目前已知的提升器件雪崩耐量能力的方法，無(wú)論是通過(guò)工藝優(yōu)化，或者設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的改進(jìn)，絕大部分都是圍繞降低寄生電阻Rb阻值的方法來(lái)優(yōu)化器件的雪崩耐量特性。這些技術(shù)在一定程度上能夠優(yōu)化器件的雪崩耐量性能，但是由于所述第二阱區(qū)5下方的Rb阻值始終存在，無(wú)法徹底消除該區(qū)域的存在對(duì)器件雪崩可靠性能力帶來(lái)的影響，因此，當(dāng)器件在苛刻條件下關(guān)段時(shí)，過(guò)高的電流仍然會(huì)導(dǎo)致寄生電阻Rb電阻產(chǎn)生大于0.7V的正偏置，引起寄生晶體管的開(kāi)啟。可見(jiàn)，這種傳統(tǒng)的的優(yōu)化方式始終存在一定的局限性。而本申請(qǐng)通過(guò)設(shè)置所述柵極結(jié)構(gòu)3來(lái)填充占據(jù)圖3中所述第二阱區(qū)5下方的區(qū)域，能有效的消除現(xiàn)有結(jié)構(gòu)該區(qū)域的寄生電阻Rb電阻，從而抑制該寄生電阻對(duì)器件雪崩耐量可靠性的影響，提升了器件的可靠性能力。

在本申請(qǐng)實(shí)施例中，所述第一摻雜類型為N型，所述第二摻雜類型為P型；或所述第一摻雜類型為P型，所述第二摻雜類型為N型，在此不作限制。

下面，結(jié)合圖3，以所述第一摻雜類型為N型，所述第二摻雜類型為P型為例來(lái)詳細(xì)介紹本申請(qǐng)?zhí)峁┑乃霾坌蜄殴β蕡?chǎng)效應(yīng)晶體管的結(jié)構(gòu)。

所述槽型柵功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管包括：

N+型Si襯底1，該襯底1與所述槽型柵功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管的漏極D電導(dǎo)通連接，在具體實(shí)施過(guò)程中，所述漏極D可以如圖3所示為覆蓋在所述襯底1表面的金屬漏極301，也可以為多晶硅；

N-型Si外延層2，該N-外延層2與所述N+襯底1連接；

P型第一阱區(qū)4，形成在Si外延層2表面；

N+型第二阱區(qū)5，形成在P型第一阱區(qū)4上；所述N+型第二阱區(qū)5與所述槽型柵功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管的源極S電導(dǎo)通連接，在具體實(shí)施過(guò)程中，所述源極S可以如圖3所示為覆蓋在外延層2表面的金屬源極302，也可以為多晶硅；

柵極結(jié)構(gòu)3，包括：槽型柵極31和包圍所述槽型柵極31的柵氧化層32；其中，所述槽型柵極31為多晶硅，所述柵氧化層32為二氧化硅；

其中，沿垂直于所述襯底1表面的方向303，所述第二阱區(qū)5與所述外延層2之間被所述柵極結(jié)構(gòu)3填充，以減少所述第二阱區(qū)5遠(yuǎn)離所述外延層2表面一側(cè)的寄生電阻。

在本申請(qǐng)實(shí)施例中，要使所述第二阱區(qū)5與所述外延層2之間被所述柵極結(jié)構(gòu)3填充，可以設(shè)置沿所述外延層2表面至所述襯底1的方向，所述柵極結(jié)構(gòu)3的寬度增加，以填充所述第二阱區(qū)5與所述外延層2之間的區(qū)域。

在具體實(shí)施過(guò)程中，所述柵極結(jié)構(gòu)3的寬度可以逐漸增加也可以在某一位置增加，只需要保證沿垂直于所述襯底1表面的方向303，所述第二阱區(qū)5與所述外延層2之間的區(qū)域被所述柵極結(jié)構(gòu)3填充，消除現(xiàn)有結(jié)構(gòu)中該區(qū)域?yàn)镻型第一阱區(qū)時(shí)存在的寄生電阻Rb電阻。

進(jìn)一步，沿所述外延層2表面至所述襯底1的方向，在距所述外延層2表面第一深度的位置，所述柵極結(jié)構(gòu)3的寬度增加。所述第一深度為所述第二阱區(qū)5的深度，即柵極結(jié)構(gòu)3在N+源極第二阱區(qū)5接觸下區(qū)域橫向展寬，使傳統(tǒng)器件結(jié)構(gòu)中N+源極下方的區(qū)域被多晶硅柵結(jié)構(gòu)所占據(jù)，完全消除了傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)原先該位置存在的P阱區(qū)域(也即是寄生電阻區(qū))，這樣可以實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)中寄生電阻被完全消除。

進(jìn)一步，沿所述外延層表面至所述襯底的方向，在與所述外延層表面距離所述第一深度的位置，所述柵極結(jié)構(gòu)的寬度增加量大于等于所述第二阱區(qū)寬度的兩倍，以完全填充所述第二阱區(qū)與所述外延層之間的區(qū)域，例如：

當(dāng)?shù)诙鍏^(qū)5深度為0.3μm，寬度為0.5μm時(shí)，柵極結(jié)構(gòu)3在據(jù)外延層2表面0.3μm的位置，橫向左右各展寬0.5μm或0.5μm以上，通過(guò)柵極結(jié)構(gòu)3的橫向擴(kuò)展，完全占據(jù)所述第二阱區(qū)5的下方區(qū)域。

在具體的器件制造過(guò)程中，所述柵極結(jié)構(gòu)3開(kāi)始展寬的位置及橫向展寬的尺寸結(jié)合器件的實(shí)際N+源極第二阱區(qū)5的設(shè)計(jì)尺寸可以有所變化。實(shí)現(xiàn)的目的是保證N+源極第二阱區(qū)5下的P阱區(qū)域完全被多晶硅柵極結(jié)構(gòu)占據(jù)，這樣可以有效的消除空穴在該區(qū)域的流動(dòng)，去除寄生電阻Rb的不利影響，從而達(dá)到優(yōu)化器件雪崩耐量特性的目的。

在具體實(shí)施過(guò)程中，所述柵極結(jié)構(gòu)3的展寬是通過(guò)增加所述柵極結(jié)構(gòu)3中的槽型柵極31的寬度來(lái)實(shí)現(xiàn)的。

具體來(lái)講，通過(guò)采用展寬柵極結(jié)構(gòu)3的方法，有效的消除了N+源極下的P阱區(qū)域，而該區(qū)域是傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)中寄生電阻Rb最主要區(qū)域，通過(guò)該區(qū)域的消除，實(shí)現(xiàn)了寄生NPN晶體管短路模式，大大抑制了寄生NPN晶體管的開(kāi)啟，實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)器件雪崩耐量能力的效果。且采用該結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的器件，其典型參數(shù)基本不受影響，但同時(shí)有效的提高了器件的可靠性水平，可以用于高性能、高可靠性的功率器件結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)。

上述本申請(qǐng)實(shí)施例中的技術(shù)方案，至少具有如下的技術(shù)效果或優(yōu)點(diǎn)：

本申請(qǐng)實(shí)施例提供的槽型柵功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管，沿垂直于所述襯底表面的方向，設(shè)置所述柵極結(jié)構(gòu)填充占據(jù)所述第二阱區(qū)與所述外延層之間的區(qū)域，將現(xiàn)有技術(shù)中位于所述第二阱區(qū)下方的所述第一阱區(qū)替換為所述柵極結(jié)構(gòu)，有效的消除空穴在該區(qū)域的流動(dòng)，消除了寄生電阻Rb，可以有效的降低寄生NPN晶體管開(kāi)啟的幾率，大大提高了器件的雪崩耐量可靠性水平。

顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行各種改動(dòng)和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動(dòng)和變型在內(nèi)。