【技術(shù)領(lǐng)域】
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件技術(shù)領(lǐng)域，特別地，涉及一種超結(jié)金屬氧化物場效應(yīng)晶體管。
背景技術(shù)：
超結(jié)金屬氧化物場效應(yīng)晶體管是一種具有金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管的絕緣柵結(jié)構(gòu)優(yōu)點同時具有高電流密度低導(dǎo)通電阻優(yōu)點的新型器件，它是一種能用于有效的降低傳統(tǒng)功率金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管的導(dǎo)電損耗的功率半導(dǎo)體器件。它是基于電荷平衡原理的電荷補償器件。
超結(jié)金屬氧化物場效應(yīng)晶體管的基本特點是其由間隔n-和p-摻雜的區(qū)域構(gòu)成的漂移區(qū)來實現(xiàn)耐壓。傳統(tǒng)高壓金屬氧化物場效應(yīng)晶體管器件在承受反向高壓時，其主要依靠pn結(jié)的縱向耗盡來實現(xiàn)耐壓，在整個器件的pn結(jié)交界處會出現(xiàn)電場強度峰值。而超結(jié)金屬氧化物場效應(yīng)晶體管由于引入了電荷補償機制，其內(nèi)部在耗盡耐壓時，電場分布更加均勻，與傳統(tǒng)高壓金屬氧化物場效應(yīng)晶體管器件的三角形峰值電場分布相比，超結(jié)金屬氧化物場效應(yīng)晶體管內(nèi)部電場在縱向耐壓方向為矩形分布。使其整個器件在耗盡耐壓過程中，不出現(xiàn)個別電場峰值。由于垂直方向上插入p型區(qū)，可以補償過量的電流導(dǎo)通電荷。在漂移層加反向偏置電壓，將產(chǎn)生一個橫向電場，使pn結(jié)耗盡。當(dāng)電壓達到一定值時，漂移層完全耗盡，將起到電壓支持層的作用。器件在垂直方向的耐壓可以做的很高。然而，器件擊穿通常發(fā)生在終端，對于傳統(tǒng)的功率器件終端來說，會在體硅內(nèi)部利用較低濃度的漂移層來保證耐壓水平，但由于超結(jié)器件特殊的元胞結(jié)構(gòu)，漂移區(qū)的濃度較高，漂移層的厚度也較小，普通的高壓功率器件的終端結(jié)構(gòu)不適合超結(jié)結(jié)構(gòu)器件，因此，如何提高超結(jié)結(jié)構(gòu)器件的終端區(qū)耐壓成為一個重要問題。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的其中一個目的在于為解決上述問題而提供一種超結(jié)金屬氧化物場效應(yīng)晶體管。
一種超結(jié)金屬氧化物場效應(yīng)晶體管，其包括n型襯底、形成于n型襯底表面的n型外延層、形成于n型外延層內(nèi)部的p型深阱、形成于p型深阱上方的p型低摻雜區(qū)、形成于所述n型襯底及所述p型低摻雜區(qū)上方的第一氧化層、形成于所述n型外延層內(nèi)且夾于所述p型深阱與所述n型襯底之間的第二氧化層、位于所述n型外延層內(nèi)且連接于所述第一氧化層與第二氧化層之間的第三氧化層、及形成于所述第三氧化層中且與所述第一氧化層相接的teos結(jié)構(gòu)，所述超結(jié)金屬氧化物場效應(yīng)晶體管還分為主結(jié)區(qū)域及位于所述主結(jié)區(qū)域一側(cè)的終端區(qū)域，所述主結(jié)區(qū)域?qū)?yīng)所述p型低摻雜區(qū)，所述第一氧化層從所述終端區(qū)域的n型外延層表面延伸至所述主結(jié)區(qū)域的p型低摻雜區(qū)表面，所述第二氧化層位于所述終端區(qū)域及所述主結(jié)區(qū)域，所述第三氧化層及所述teos結(jié)構(gòu)均位于所述終端區(qū)域。
在一種實施方式中，所述第三氧化層連接于所述第一氧化層與所述第二氧化層之間。
在一種實施方式中，所述teos結(jié)構(gòu)位于所述第三氧化層中且連接所述第一氧化層。
在一種實施方式中，所述第二氧化層從所述終端區(qū)域遠離所述主結(jié)區(qū)域的一端延伸至所述主結(jié)區(qū)域遠離所述終端區(qū)域的一端，所述第二氧化層遠離所述主結(jié)區(qū)域的一端位于所述超結(jié)金屬氧化物場效應(yīng)晶體管的最邊緣，所述第二氧化層遠離所述終端區(qū)域的一端與所述主結(jié)區(qū)域的p型低摻雜區(qū)下方的遠離所述終端區(qū)域的p型深阱的遠離所述終端區(qū)域的一側(cè)平齊。
在一種實施方式中，所述第三氧化層遠離所述主結(jié)區(qū)域的一端至所述主結(jié)區(qū)域遠離所述終端區(qū)域的一端的長度小于等于所述第二氧化層從所述超結(jié)金屬氧化物場效應(yīng)晶體管的最邊緣至所述第二氧化層遠離所述終端區(qū)域的一端的長度。
在一種實施方式中，所述第三氧化層鄰近所述主結(jié)區(qū)域的一端至所述主結(jié)區(qū)域遠離所述終端區(qū)域的一端的長度大于所述主結(jié)區(qū)域從鄰近所述終端區(qū)域的一端至遠離所述終端區(qū)域的一端的長度。
在一種實施方式中，所述第二氧化層通過在所述n型外延側(cè)內(nèi)注氧后對所述n型外延層進行高溫氧化、硅片鍵合、或者鍵合與注入相結(jié)合的方式形成于所述n型外延層中，所述第二氧化層的材料為氧化硅。
在一種實施方式中，所述第三氧化層及所述teos結(jié)構(gòu)通過先在所述n型外延層中形成溝槽、再通過所述溝槽熱氧化所述n型外延層形成所述第二氧化層、然后在所述溝槽內(nèi)通過低壓力化學(xué)氣相沉積法生長所述teos結(jié)構(gòu)、以及回刻的方式形成。
在一種實施方式中，所述第二氧化層的厚度在8000埃至15000埃的范圍內(nèi)。
在一種實施方式中，位于所述n型外延層與所述teos結(jié)構(gòu)之間的所述第三氧化層的厚度在1000埃至2000埃的范圍內(nèi)。
相較于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明超結(jié)金屬氧化物場效應(yīng)晶體管在傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，取消掉終端區(qū)域的pn柱間隔結(jié)構(gòu)，在所述n型外延層增加所述第二氧化層，所述第二氧化層的存在，可以承擔(dān)一部分漏極的電場強度，使得在保證器件整體耐壓水平的前提下，降低了晶體管終端結(jié)構(gòu)所承受的橫向電場強度，也即當(dāng)漏極處于一定偏壓情況下，x’處的電場強度要遠小于x處。對于傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)中終端區(qū)域的間隔pn柱結(jié)構(gòu)即可以取消掉，大大節(jié)省了終端的面積，降低器件成本。
本發(fā)明超結(jié)金屬氧化物場效應(yīng)晶體管還增加了所述第三氧化層與teos結(jié)構(gòu)，所述第三氧化層可以為熱氧，所述teos結(jié)構(gòu)可以為lpcvd生長的teos結(jié)構(gòu)，所述第三氧化層與所述teos結(jié)構(gòu)的存在，一可以大大屏蔽掉器件工作時，外界可動電荷對器件的影響(氧化物的屏蔽作用)，提高器件可靠性，同時，所述第三氧化層與所述teos結(jié)構(gòu)也可以對從器件主結(jié)區(qū)域延伸過來的耗盡層做非常良好的截止(氧化物的耐壓作用)，提高器件耐壓水平。
【附圖說明】
為了更清楚地說明本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案，下面將對實施例描述中所使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其它的附圖，其中：
圖1為本發(fā)明以較佳實施方式的超結(jié)金屬氧化物場效應(yīng)晶體管的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
下面將對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅是本發(fā)明的一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其它實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。
請參閱圖1，圖1為本發(fā)明以較佳實施方式的超結(jié)金屬氧化物場效應(yīng)晶體管的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。所述超結(jié)金屬氧化物場效應(yīng)晶體管包括n型襯底、形成于n型襯底表面的n型外延層、形成于n型外延層內(nèi)部的p型深阱、形成于p型深阱上方的p型低摻雜區(qū)、形成于所述n型襯底及所述p型低摻雜區(qū)上方的第一氧化層、形成于所述n型外延層內(nèi)且夾于所述p型深阱與所述n型襯底之間的第二氧化層、位于所述n型外延層內(nèi)且連接于所述第一氧化層與第二氧化層之間的第三氧化層、及形成于所述第三氧化層中且與所述第一氧化層相接的teos結(jié)構(gòu)(即包含正硅酸乙酯tetraethylorthosilicate材料的結(jié)構(gòu))，所述超結(jié)金屬氧化物場效應(yīng)晶體管還分為主結(jié)區(qū)域及位于所述主結(jié)區(qū)域一側(cè)的終端區(qū)域，所述主結(jié)區(qū)域?qū)?yīng)所述p型低摻雜區(qū)，所述第一氧化層從所述終端區(qū)域的n型外延層表面延伸至所述主結(jié)區(qū)域的p型低摻雜區(qū)表面，所述第二氧化層位于所述終端區(qū)域及所述主結(jié)區(qū)域，所述第三氧化層及所述teos結(jié)構(gòu)均位于所述終端區(qū)域。
本實施方式中，所述第三氧化層連接于所述第一氧化層與所述第二氧化層之間，所述teos結(jié)構(gòu)位于所述第三氧化層中且連接所述第一氧化層。
具體地，所述第二氧化層的厚度l1在8000埃至15000埃的范圍內(nèi)，實際應(yīng)用過程中，所述第二氧化層的厚度l1可以視器件的耐壓性能決定，若需要器件的耐壓性能較高，所述第二氧化層的厚度l1可以設(shè)置為較大。
所述第二氧化層從所述終端區(qū)域遠離所述主結(jié)區(qū)域的一端延伸至所述主結(jié)區(qū)域遠離所述終端區(qū)域的一端。所述第二氧化層遠離所述主結(jié)區(qū)域的一端可以位于所述超結(jié)金屬氧化物場效應(yīng)晶體管的最邊緣，所述第二氧化層遠離所述終端區(qū)域的一端與所述主結(jié)區(qū)域的p型低摻雜區(qū)下方的遠離所述終端區(qū)域的p型深阱的遠離所述終端區(qū)域的一側(cè)平齊，所述第二氧化層從所述超結(jié)金屬氧化物場效應(yīng)晶體管的最邊緣至所述第二氧化層遠離所述終端區(qū)域的一端的長度為l2。
進一步地，所述第三氧化層遠離所述主結(jié)區(qū)域的一端至鄰近所述主結(jié)區(qū)域一端的長度可以在2um-5um的范圍內(nèi)，所述第三氧化層遠離所述主結(jié)區(qū)域的一端至所述主結(jié)區(qū)域遠離所述終端區(qū)域的一端的長度(即l3+l5)小于等于所述第二氧化層從所述超結(jié)金屬氧化物場效應(yīng)晶體管的最邊緣至所述第二氧化層遠離所述終端區(qū)域的一端的長度l2。更進一步地，所述第三氧化層鄰近所述主結(jié)區(qū)域的一端至所述主結(jié)區(qū)域遠離所述終端區(qū)域的一端的長度l3大于所述主結(jié)區(qū)域從鄰近所述終端區(qū)域的一端至遠離所述終端區(qū)域的一端的長度。優(yōu)選地，位于所述n型外延層與所述teos結(jié)構(gòu)之間的所述第三氧化層的厚度l4在1000埃至2000埃的范圍內(nèi)。
可以理解，所述第二氧化層可以通過在所述n型外延側(cè)內(nèi)注氧后對所述n型外延層進行高溫氧化(simox)、硅片鍵合(siliconbonding)、或者鍵合與注入相結(jié)合(smartcutsoi)的方式形成于所述n型外延層中，所述第二氧化層的材料為氧化硅。
更進一步地，所述第二氧化層及所述teos結(jié)構(gòu)通過先在所述n型外延層中形成溝槽、再通過所述溝槽熱氧化所述n型外延層形成所述第二氧化層、然后在所述溝槽內(nèi)通過低壓力化學(xué)氣相沉積法生長所述teos結(jié)構(gòu)、以及回刻的方式形成。
相較于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明超結(jié)金屬氧化物場效應(yīng)晶體管在傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，取消掉終端區(qū)域的pn柱間隔結(jié)構(gòu)，在所述n型外延層增加所述第二氧化層，所述第二氧化層的存在，可以承擔(dān)一部分漏極的電場強度，使得在保證器件整體耐壓水平的前提下，降低了晶體管終端結(jié)構(gòu)所承受的橫向電場強度，也即當(dāng)漏極處于一定偏壓情況下，x’處的電場強度要遠小于x處。對于傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)中終端區(qū)域的間隔pn柱結(jié)構(gòu)即可以取消掉，大大節(jié)省了終端的面積，降低器件成本。
本發(fā)明超結(jié)金屬氧化物場效應(yīng)晶體管還增加了所述第三氧化層與teos結(jié)構(gòu)，所述第三氧化層可以為熱氧，所述teos結(jié)構(gòu)可以為lpcvd生長的teos結(jié)構(gòu)，所述第三氧化層與所述teos結(jié)構(gòu)的存在，一可以大大屏蔽掉器件工作時，外界可動電荷對器件的影響(氧化物的屏蔽作用)，提高器件可靠性，同時，所述第三氧化層與所述teos結(jié)構(gòu)也可以對從器件主結(jié)區(qū)域延伸過來的耗盡層做非常良好的截止(氧化物的耐壓作用)，提高器件耐壓水平。
以上所述的僅是本發(fā)明的實施方式，在此應(yīng)當(dāng)指出，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明創(chuàng)造構(gòu)思的前提下，還可以做出改進，但這些均屬于本發(fā)明的保護范圍。