Mos型功率器件及其形成方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種MOS型功率器件及其形成方法。
【背景技術(shù)】
[0002]具有電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)的MOS型功率器件憑借導(dǎo)通壓降低，開(kāi)關(guān)速度快等優(yōu)點(diǎn)，在中高壓中高頻領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。低損耗一直是半導(dǎo)體MOS型功率器件的發(fā)展重要目標(biāo)，更低的導(dǎo)通壓降保證MOS型功率器件具有更低的導(dǎo)通損耗。對(duì)于具有電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)的MOS型功率器件，近表面的載流子存儲(chǔ)技術(shù)是降低導(dǎo)通壓降的有效手段，其中空穴阻擋層結(jié)構(gòu)是表面載流子存儲(chǔ)技術(shù)最常見(jiàn)的一種。具體方案是:在器件的N-耐壓層內(nèi)靠近上表面的一部分引入一層比N-摻雜濃度更高的N型摻雜區(qū)，該N型摻雜區(qū)部分或者完整的覆蓋于N-耐壓層的表面，即為空穴阻擋層結(jié)構(gòu)，該MOS型功率器件的P阱結(jié)構(gòu)被包圍在該空穴阻擋層之內(nèi)。
[0003]圖1為現(xiàn)有的具有空穴阻擋層結(jié)構(gòu)的MOS型功率器件示意圖。其中I為N-耐壓層，2為空穴阻擋層，3為P型阱區(qū)，4為N型源區(qū)，5和7為絕緣層，6為柵極，8為器件陰極，9為器件陽(yáng)極。其中，空穴阻擋層2是一個(gè)整體材料層。為保證顯著降低導(dǎo)通壓降的作用，該空穴阻擋層結(jié)構(gòu)的摻雜濃度往往較高(通?？昭ㄗ钃鯇?的摻雜濃度比耐壓層I的摻雜濃度高出約I到4個(gè)數(shù)量級(jí))，厚度較厚。根據(jù)半導(dǎo)體理論，摻雜濃度越高，電場(chǎng)梯度越大，在空穴阻擋層內(nèi)電場(chǎng)分布斜率增大，隨著耗盡層向N-區(qū)延伸，電場(chǎng)迅速下降，導(dǎo)致MOS型功率器件的耐壓明顯下降，導(dǎo)通壓降與耐壓互相制約，優(yōu)化受到限制。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明旨在至少在一定程度上解決相關(guān)技術(shù)中的技術(shù)問(wèn)題之一。為此，本發(fā)明的目的在于提出一種導(dǎo)通電壓低、耐壓性能好的MOS型功率器件及其形成方法。
[0005]根據(jù)本發(fā)明第一方面實(shí)施例的MOS型功率器件，可以包括:第一導(dǎo)電類型的耐壓層；位于所述耐壓層之上的第一導(dǎo)電類型的阻擋層；位于所述阻擋層中的第二導(dǎo)電類型的阱區(qū)；位于所述阱區(qū)中的第一導(dǎo)電類型的源區(qū)；位于所述阻擋層之上的柵極；位于所述柵極和所述阻擋層之上的第一電極；以及位于所述耐壓層之下的第二電極，其中，所述阻擋層包括多層阻擋子層，其中，第一層阻擋子層包裹所述阱區(qū)，第i+ι層阻擋子層包裹第i層阻擋子層，i為正整數(shù)，所述第i層阻擋子層的摻雜濃度大于所述第i+ι層阻擋子層的摻雜濃度。
[0006]根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的MOS型功率器件中，阻擋層為多層結(jié)構(gòu)且各層的摻雜濃度漸變，相當(dāng)于提供了載流子的多個(gè)勢(shì)壘，起到比單個(gè)勢(shì)壘更好的阻擋效果，顯著降低了導(dǎo)通壓降。同時(shí)，摻入的雜質(zhì)總量比現(xiàn)有技術(shù)的整體結(jié)構(gòu)阻擋層要低，不會(huì)明顯惡化器件的耐壓，緩解了導(dǎo)通壓降與耐壓能力之間的制約。
[0007]另外，根據(jù)本發(fā)明上述實(shí)施例的MOS型功率器件還可以具有如下附加的技術(shù)特征:
[0008]在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述阻擋層中的多層阻擋子層是通過(guò)多次擴(kuò)散工藝形成的。
[0009]在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述第一導(dǎo)電類型為N型、第二導(dǎo)電類型為P型時(shí)，所述阻擋層為空穴阻擋層，所述第一電極為器件陰極，所述第二電極為器件陽(yáng)極。
[0010]在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述阻擋層包括2至3層阻擋子層。
[0011]在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，與所述耐壓層相接觸的阻擋子層的摻雜濃度為所述耐壓層的摻雜濃度的10-100倍，并且，所述第i層阻擋子層的摻雜濃度為所述第i+Ι層阻擋子層的摻雜濃度的10-100倍。
[0012]在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，還包括:位于所述柵極與所述阻擋層、所述阱區(qū)以及所述源區(qū)之間的第一絕緣層，以及，位于所述柵極與所述第一電極之間的第二絕緣層。
[0013]根據(jù)本發(fā)明第二方面實(shí)施例的MOS型功率器件的形成方法，可以包括步驟:形成第一導(dǎo)電類型的耐壓層；在所述耐壓層之上形成第一導(dǎo)電類型的阻擋層；在所述阻擋層中形成第二導(dǎo)電類型的阱區(qū)；在所述阱區(qū)中形成第一導(dǎo)電類型的源區(qū)；在所述阻擋層之上形成柵極；在所述柵極和所述阻擋層之上形成第一電極；以及在所述耐壓層之下形成第二電極，其中，所述阻擋層包括多層阻擋子層，第一層阻擋子層包裹所述阱區(qū)，第i+Ι層阻擋子層包裹第i層阻擋子層，i為正整數(shù)，其中，所述第i層阻擋子層的摻雜濃度大于所述第i+1層阻擋子層的摻雜濃度。
[0014]根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的方法得到的MOS型功率器件中，阻擋層為多層結(jié)構(gòu)且各層的摻雜濃度漸變，相當(dāng)于提供了載流子的多個(gè)勢(shì)壘，起到比單個(gè)勢(shì)壘更好的阻擋效果，顯著降低了導(dǎo)通壓降。同時(shí)，摻入的雜質(zhì)總量比現(xiàn)有技術(shù)的整體結(jié)構(gòu)阻擋層要低，不會(huì)明顯惡化器件的耐壓，緩解了導(dǎo)通壓降與耐壓能力之間的制約。
[0015]另外，根據(jù)本發(fā)明上述實(shí)施例的MOS型功率器件的形成方法還可以具有如下附加的技術(shù)特征:
[0016]在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，形成所述阻擋層具體包括:通過(guò)外延工藝在所述耐壓層之上，或者，通過(guò)擴(kuò)散工藝在所述耐壓層頂部，形成位置最外圍且摻雜濃度最低的阻擋子層；在已形成的第i+ι層阻擋子層內(nèi)部，通過(guò)擴(kuò)散工藝形成位置更加中央且摻雜濃度更高的第i層阻擋子層。
[0017]在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述第一導(dǎo)電類型為N型、第二導(dǎo)電類型為P型時(shí)，所述阻擋層為空穴阻擋層，所述第一電極為器件陰極，所述第二電極為器件陽(yáng)極。
[0018]在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述阻擋層包括2至3層阻擋子層。
[0019]在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，與所述耐壓層相接觸的阻擋子層的摻雜濃度為所述耐壓層的摻雜濃度的10-100倍，并且，所述第i層阻擋子層的摻雜濃度為所述第i+Ι層阻擋子層的摻雜濃度的10-100倍。
[0020]在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，還包括步驟:在所述柵極與所述阻擋層、所述阱區(qū)以及所述源區(qū)之間形成第一絕緣層，以及，在所述柵極與所述第一電極之間形成第二絕緣層。
【附圖說(shuō)明】
[0021]圖1是現(xiàn)有技術(shù)的MOS型功率器件的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0022]圖2是本發(fā)明實(shí)施例的MOS型功率器件的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0023]圖3是本發(fā)明實(shí)施例的具有雙層結(jié)構(gòu)空穴阻擋層的MOS型功率器件的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0024]圖4是本發(fā)明實(shí)施例的MOS型功率器件的形成方法的流程示意圖。
[0025]圖5a_5g是圖3所示的MOS型功率器件的形成方法的具體過(guò)程示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0026]下面詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施例，所述實(shí)施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標(biāo)號(hào)表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過(guò)參考附圖描述的實(shí)施例是示例性的，旨在用于解釋本發(fā)明，而不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制。
[0027]本發(fā)明實(shí)施例的MOS型功率器件如圖2所示，可以包括以下部分:第一導(dǎo)電類型的耐壓層I ;位于耐壓層I之上的第一導(dǎo)電類型的阻擋層；位于阻擋層中的第二導(dǎo)電類型的阱區(qū)3 ;位于阱區(qū)3中的第一導(dǎo)電類型的源區(qū)4 ;位于阻擋層之上的第一絕緣層5 ;位于第一絕緣層5之上的柵極6 ;覆蓋在柵極6上方的第二絕緣層7 ;位于器件頂部的第一電極8 ;以及位于耐壓層I之下的第二電極9。其中，阻擋層包括X層阻擋子層，沿著從阱區(qū)3至耐壓層I的方向分別標(biāo)記為2-1、…、2-1、…、2-x，其中1、X均為正整數(shù)。其中，第一層阻擋子層位于阱區(qū)3的底部和外圍，完整地包裹阱區(qū)3。第i+Ι層阻擋子層包裹第i層阻擋子層，第i層阻擋子層的摻雜濃度大于第i+Ι層阻擋子層的摻雜濃度。換言之，多個(gè)阻擋子層逐層包裹，且內(nèi)部阻擋子層的摻雜濃度大于外部阻擋子層的摻雜濃度。需要說(shuō)明的是，該實(shí)施例的MOS型功率器件中，第一絕緣層5和第二絕緣層7為可選結(jié)構(gòu)，在其他實(shí)施例中也可以通過(guò)其他方式來(lái)實(shí)現(xiàn)柵極6與相鄰區(qū)域的絕緣，此為本領(lǐng)域技術(shù)人員已知知識(shí)，本文不贅述。
[0028]本發(fā)明上述實(shí)施例的MOS型功率器件中，阻擋層為多層結(jié)構(gòu)且各層的摻雜濃度漸變，相當(dāng)于提供了載流子的多個(gè)勢(shì)壘，起到比單個(gè)勢(shì)壘更好的阻擋效果，顯著降低了導(dǎo)通壓降。同時(shí)，摻入的雜質(zhì)總量比現(xiàn)有技術(shù)的整體結(jié)構(gòu)阻擋層要低，不會(huì)明顯惡化器件的耐壓，緩解了導(dǎo)通壓降與耐壓能力之間的制約。
[0029]可選地，第一導(dǎo)電類型為N型、第二導(dǎo)電類型為P型時(shí)，阻擋層為空穴阻擋層，第一電極8為器件陰極，第二電極9為器件陽(yáng)極。需要說(shuō)明的是，本發(fā)明的其他實(shí)施例中也可以為相反的情況(即第一導(dǎo)電類型為P型、第二導(dǎo)電類型為N型)，相關(guān)細(xì)節(jié)本文不贅述。
[0030]可選地，阻擋層中的多層阻擋子層是通過(guò)多次擴(kuò)散工藝形成的。
[0031]可選地，阻擋層包括2至3層阻擋子層。阻擋層中的子層數(shù)目太多則工藝復(fù)雜，但是進(jìn)一步優(yōu)化效果有限，因此阻擋層中的阻擋子層數(shù)目應(yīng)當(dāng)適中。
[0032]可選地，與耐壓層I相接觸的阻擋子層(參見(jiàn)圖中的第X層阻擋子層2-x)的摻雜濃度為耐壓層I的摻雜濃度的10-100倍，并且，第i層阻擋子層的摻雜濃度為第i+ι層阻擋子層的摻雜濃度的10-100倍。研究表明，采用上述摻雜濃度梯度時(shí)，優(yōu)化效果最好。
[0033]為使讀者更好地理解，圖3示出了本發(fā)明實(shí)施例的具有雙層結(jié)構(gòu)空穴阻擋層的MOS型功率器件的結(jié)構(gòu)示意圖。該MOS型功率器件包括:N-耐壓層301、第一空穴阻擋子層302a和第二空穴阻擋子層302b、P型阱區(qū)303、N型源區(qū)304、二氧化硅材料的第一絕緣層305、多晶硅材料的柵極306、二氧化硅材料的第二絕緣層307、鋁陰極308以及金屬陽(yáng)極309。其中，N-耐壓層301的摻雜濃度為113-1O14Cm 3。第一空穴阻擋子層302a的摻雜濃度比N-耐壓層301中高10-100倍，約為114-1O15Cm 3。第二空穴阻擋子層302b的摻雜濃度比第一空穴阻擋子層302a中高10-100倍，約為115-1O17Cm 3。P型阱區(qū)303的摻雜濃度約為116-1O18Cm 3高，N型源區(qū)3