本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件領(lǐng)域，具體涉及一種具有內(nèi)場(chǎng)板結(jié)構(gòu)與P型柵相結(jié)合的耐壓漂移區(qū)的半導(dǎo)體器件。

背景技術(shù)：

半導(dǎo)體器件在作為開關(guān)器件，為了降低通態(tài)電阻或壓降，突破“硅限”，尤其是高壓功率半導(dǎo)體器件，目前開發(fā)出超級(jí)結(jié)(Super Junction)技術(shù)，為了降低工藝難度開發(fā)出比例超級(jí)結(jié)(Partial Super Junction)技術(shù)。超級(jí)結(jié)技術(shù)需要深溝槽刻蝕技術(shù)、外延技術(shù)、以及CMP技術(shù)，工藝難度大，相應(yīng)的設(shè)備也比較昂貴。對(duì)于低壓功率半導(dǎo)體器件，目前開發(fā)出內(nèi)場(chǎng)板技術(shù)，這種技術(shù)目前名稱比較多，如：Split-Gate(分柵)技術(shù)，Oxidt Bypassed(OB)側(cè)氧結(jié)構(gòu)技術(shù)等，這種技術(shù)效果與超級(jí)結(jié)技術(shù)效果接近，但工藝比較簡(jiǎn)單；不過由于內(nèi)場(chǎng)板技術(shù)中，內(nèi)場(chǎng)板頂端(或溝槽底部)處硅表面電場(chǎng)強(qiáng)度增加速度與內(nèi)場(chǎng)板長(zhǎng)度(或溝槽深度)強(qiáng)相關(guān)，所以該技術(shù)適合于耐壓200V以下的器件。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明提供了一種具有內(nèi)場(chǎng)板結(jié)構(gòu)與P型柵相結(jié)合的耐壓漂移區(qū)的半導(dǎo)體器件，解決了現(xiàn)有技術(shù)中半導(dǎo)體器件耐壓低，工藝復(fù)雜和制作設(shè)備昂貴的問題。

本發(fā)明解決技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案如下：

具有內(nèi)場(chǎng)板結(jié)構(gòu)與P型柵結(jié)合的耐壓漂移區(qū)的半導(dǎo)體器件，該半導(dǎo)體器件的耐壓漂移區(qū)從下至上包括：高摻雜濃度的低阻襯底層N++，低摻雜濃度的高阻層N-，和較高摻雜濃度的低阻層N；在低阻層N上進(jìn)行硅刻蝕形成溝槽或孔，溝槽或孔深度為2μm－10μm；并到達(dá)或接近低摻雜濃度的高阻層N-，在溝槽或孔內(nèi)制作絕緣層，在溝槽或孔底部制作P柵；在絕緣層內(nèi)制作電極。

本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明結(jié)構(gòu)及工藝簡(jiǎn)單，制造成本低。只是在內(nèi)場(chǎng)板結(jié)構(gòu)中的溝槽或孔的底部形成P型柵，結(jié)合內(nèi)場(chǎng)板結(jié)構(gòu)就可以實(shí)現(xiàn)器件的高耐壓。實(shí)現(xiàn)了半導(dǎo)體器件的在耐壓一定的情況下，降低了通態(tài)電阻或壓降。以600V的VDMOSFET器件為例，采用該耐壓漂移區(qū)，在同等芯片面積下，通態(tài)電阻可以降低20％以上。

附圖說明

圖1本發(fā)明內(nèi)場(chǎng)板與P柵相結(jié)合的耐壓漂移區(qū)結(jié)構(gòu)。

圖2本發(fā)明內(nèi)場(chǎng)板與P柵相結(jié)合的耐壓漂移區(qū)結(jié)構(gòu)，內(nèi)場(chǎng)板電極材料被絕緣層包裹。

圖3本發(fā)明具有內(nèi)場(chǎng)板與P柵相結(jié)合的耐壓漂移區(qū)結(jié)構(gòu)的平面柵結(jié)構(gòu)的VDMOSFET，VDMOSFET的阱區(qū)在相鄰內(nèi)場(chǎng)板之間。

圖4本發(fā)明具有內(nèi)場(chǎng)板與P柵相結(jié)合的耐壓漂移區(qū)結(jié)構(gòu)的平面柵結(jié)構(gòu)的VDMOSFET，VDMOSFET的阱區(qū)與內(nèi)場(chǎng)板相鄰。

圖5本發(fā)明具有內(nèi)場(chǎng)板與P柵相結(jié)合的耐壓漂移區(qū)結(jié)構(gòu)的溝槽柵結(jié)構(gòu)的VDMOSFET，VDMOSFET的阱區(qū)與內(nèi)場(chǎng)板相鄰。

圖6本發(fā)明具有內(nèi)場(chǎng)板與P柵相結(jié)合的耐壓漂移區(qū)結(jié)構(gòu)的溝槽柵結(jié)構(gòu)的VDMOSFET，VDMOSFET的與內(nèi)場(chǎng)板共用溝槽結(jié)構(gòu)。

圖7本發(fā)明具有內(nèi)場(chǎng)板與P柵相結(jié)合的耐壓漂移區(qū)結(jié)構(gòu)FER二極管結(jié)構(gòu)。

圖8本發(fā)明內(nèi)場(chǎng)板與P柵相結(jié)合的耐壓漂移區(qū)結(jié)構(gòu)等效電路圖。

圖中：1、絕緣層，2、內(nèi)場(chǎng)板電極，3、，4、柵極，5、源極，6、柵氧化層，7、N+源區(qū)，8、P阱區(qū)，9、漏極，10、陰極和11、陽極。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說明。

一種內(nèi)場(chǎng)板結(jié)構(gòu)與P柵相結(jié)合耐壓漂移區(qū)結(jié)構(gòu)。場(chǎng)板是半導(dǎo)體器件改善器件終端耐壓的一個(gè)部件，通過一個(gè)金屬電極、絕緣層和半導(dǎo)體的結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的，位于器件終端表面位置；利用該結(jié)構(gòu)，使其垂直與器件表面以原胞的形成分布在整個(gè)器件中，稱為內(nèi)場(chǎng)板。P型柵為以P型雜質(zhì)形成的擴(kuò)散島或擴(kuò)散條，在半導(dǎo)體內(nèi)構(gòu)成柵網(wǎng)。

以N型硅材料為例說明，如圖1所示，材料片分為3層，最下層為高摻雜濃度的低阻襯底層N++，中間層為低摻雜濃度的高阻層N-，上層為較高摻雜濃度的低阻層N；在低阻層N上進(jìn)行硅刻蝕，形成溝槽或孔，其深度為2μm－10μm，溝槽或孔的側(cè)壁可以垂直或傾斜；深度接近高阻層N-或達(dá)到高阻層N-。在溝槽或孔的底部進(jìn)行P柵3離子注入或通過光刻實(shí)現(xiàn)局部P柵3離子注入，然后在溝槽或孔內(nèi)壁形成絕緣層1，其厚度0.15μm－1.0μm，退火或在形成絕緣層1等過程中將注入離子激活或推結(jié)，形成P柵3；在絕緣層1壁上制作內(nèi)場(chǎng)板電極2，材料選擇多晶硅等。此內(nèi)場(chǎng)板電極2也可以被絕緣層1包裹，如圖2所示。其中，N型區(qū)與由溝槽、絕緣層1、內(nèi)場(chǎng)板電極2形成的內(nèi)場(chǎng)板結(jié)構(gòu)，內(nèi)場(chǎng)板結(jié)構(gòu)與內(nèi)場(chǎng)板結(jié)構(gòu)下方的P柵3及高阻層N-共同構(gòu)成器件耐壓漂移區(qū)。

具有該耐壓漂移區(qū)的半導(dǎo)體器件，可以是VDSMOSFET器件，如圖3－6所示，內(nèi)場(chǎng)板電極2與源極5相連；在內(nèi)場(chǎng)板的溝槽兩側(cè)低阻N型區(qū)表面，形成器件的柵極4、柵氧化層6、N+源區(qū)7、P阱區(qū)8，在N++型區(qū)形成漏極9，形成VDMOSFET結(jié)構(gòu)；VDMOSFET可以是平面柵結(jié)構(gòu)，也可以是溝槽柵結(jié)構(gòu)。利用本發(fā)明的耐壓漂移區(qū)結(jié)構(gòu)構(gòu)成的VDMOSFET，在圖3中平面柵結(jié)構(gòu)的VDMOSFET原胞，其P阱區(qū)8在相鄰內(nèi)場(chǎng)板之間的情況。圖4中平面柵結(jié)構(gòu)的VDMOSFET原胞，其P阱區(qū)8與內(nèi)場(chǎng)板相鄰；圖5中溝槽柵結(jié)構(gòu)的VDMOSFET，其P阱區(qū)8與內(nèi)場(chǎng)板相鄰；圖6中P柵3結(jié)構(gòu)的VDMOSFET原胞，其控制溝槽與內(nèi)場(chǎng)板共用一個(gè)溝槽的結(jié)構(gòu)。

具有該耐壓漂移區(qū)的半導(dǎo)體器件，可以是FRD二極管，在內(nèi)場(chǎng)板的溝槽兩側(cè)低阻N型區(qū)表面，形成器件的P型陰極區(qū)，在N++型區(qū)形成陽極，構(gòu)成FRD二極管結(jié)構(gòu)。

為了便于理解，以具有內(nèi)場(chǎng)板技術(shù)與P柵相結(jié)合的耐壓漂移區(qū)的二極管為例說明，在內(nèi)場(chǎng)板的溝槽兩側(cè)低阻N型區(qū)表面，器件的P型區(qū)形成陰極10，在N++型區(qū)形成陽極11，構(gòu)成FRD二極管結(jié)構(gòu)。所有的N型區(qū)與P型區(qū)互換，互換后就可以形成相反導(dǎo)電類型的器件。如圖7所示，其等效電路圖如圖8所示，二極管與一個(gè)JFET場(chǎng)效應(yīng)三極管的漏極串聯(lián)；一個(gè)電容一端與二極管的陰極相連，另一端與JFET場(chǎng)效應(yīng)三極管的柵極相連；該耐壓漂移區(qū)結(jié)構(gòu)中，N層摻雜濃度較高，其電阻率小于N-層電阻率1/2以下；耐壓由內(nèi)場(chǎng)板結(jié)構(gòu)和P柵3共同承擔(dān)。器件加載偏壓時(shí)，電壓首先由內(nèi)場(chǎng)板結(jié)構(gòu)承擔(dān)，隨著偏壓增加，P柵3上的偏壓也隨著增加，P柵3側(cè)向的N型區(qū)耗盡而夾斷，繼續(xù)承載偏壓，直至達(dá)到最高電壓。

在耐壓漂移內(nèi)，本發(fā)明結(jié)構(gòu)的耐壓漂移區(qū)的電場(chǎng)分布可以看成近似梯形分布，而常規(guī)耐壓漂移區(qū)的電場(chǎng)分布近似三角形分布，曲線包圍的面積為漂移區(qū)的耐壓，所以本發(fā)明結(jié)構(gòu)的耐壓漂移區(qū)對(duì)提高耐壓更有利。

上面對(duì)本發(fā)明的內(nèi)場(chǎng)板技術(shù)與P柵相結(jié)合耐壓結(jié)構(gòu)進(jìn)行了介紹，利用該耐壓漂移區(qū)結(jié)構(gòu)可以制造各種各樣的高壓半導(dǎo)體器件。

本發(fā)明的耐壓漂移區(qū)結(jié)構(gòu)，有很多可供調(diào)整的參數(shù)，它們包括，內(nèi)場(chǎng)板的長(zhǎng)度(即場(chǎng)板的溝槽深度)，以及內(nèi)場(chǎng)板絕緣層的厚度；最上層N型區(qū)的雜質(zhì)濃度及濃度分布，內(nèi)場(chǎng)板的間距，以及P型柵的形狀(點(diǎn)狀或條狀)，以及高阻N區(qū)的雜質(zhì)濃度和濃度分布，以及高阻N區(qū)的厚度。因此，在實(shí)際的工藝條件下，可以一定的內(nèi)場(chǎng)板長(zhǎng)度下得到合理電場(chǎng)分布，實(shí)現(xiàn)最高耐壓。