功率结型场效应管及其制造方法
功率结型场效应管及其制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及半导体器件，特别是涉及一种功率结型场效应管，一种圆型功率结型场效应管，还涉及一种功率结型场效应管的制造方法。
【背景技术】
[0002]结型场效应晶体管(JFET)是非常重要的一类器件，使用JFET可以非常容易的搭建启动(start-up)模块以及恒流源模块。对于JFET,其夹断电压(pinch-off voltage)是非常关键的参数之一。
[0003]器件的夹断电压取决于对载流子的耗尽，因为夹断点电荷平衡时，耗尽层的载流子主要由阱区提供，该阱区的形成过程一般是通过单独的离子注入和推阱来实现的，因而较容易通过控制离子注入的能量、剂量等参数以及推阱过程的温度、时间等参数来控制阱区的掺杂浓度、深度等，从而使得阱区相关的工艺漂移范围较小，有利于精确控制器件的夹断电压。
[0004]高压结型场效应管器件必须满足三个条件:一是高阻断电压，防止器件初始状态外加偏压的热损毁；二是大电流，以保证小面积下满足恒流模块所需电流；三是易于自偏压，更好地通过夹断一定宽度的沟道来维持所需电流。
[0005]传统的高压结型场效应管存在改进的空间。首先，其夹断电压与关态击穿电压密切相关，器件耐压高则夹断电压也必须随之升高；其次，开态导通电流受限于夹断电压的大小，夹断电压小则通道狭窄，电流驱动能力难以提升。
【发明内容】
[0006]基于此，有必要提供一种在确保较低的夹断电压的同时，能够获得较大的电流驱动能力，同时获得较高的器件耐压的功率结型场效应管。
[0007]一种功率结型场效应管，包括第一掺杂类型的衬底，三维坐标系中沿Z轴方向位于所述衬底上方的埋层区，沿Z轴方向位于所述埋层区上方的阱区，以及第二掺杂类型的源极、第二掺杂类型的漏极、第一掺杂类型的栅极、第一掺杂类型的结区；所述源极、漏极、栅极及结区位于所述阱区内，所述埋层区包括第二掺杂类型埋层和沿X轴方向位于第二掺杂类型埋层外侧的第一掺杂类型埋层，所述阱区包括沿Z轴方向位于所述第二掺杂类型埋层上方的第二掺杂类型阱，和沿Z轴方向位于第一掺杂类型埋层上方且位于第二掺杂类型埋层沿X轴方向外侧、沿Z轴方向上方的第一掺杂类型阱，所述结区为多条沿Y轴方向延伸的第一掺杂类型的条形结构，且设于第二掺杂类型阱在第二掺杂类型埋层沿Z轴方向上方的部分内，所述多条条形结构沿X轴方向间隔排列且被所述第二掺杂类型阱分隔开，所述漏极位于第二掺杂类型阱内且位于X轴方向最内侧的一条条形结构内侧，所述源极位于第二掺杂类型阱内且位于X轴方向最外侧的一条条形结构外侧，所述栅极位于所述第一掺杂类型阱内且位于源极沿X轴方向内侧；所述第二掺杂类型阱位于所述第一掺杂类型埋层沿Z轴方向正上方的部分与第一掺杂类型阱在Y轴方向上呈交错的叉指排列；所述第一掺杂类型和第二掺杂类型的导电类型相反。
[0008]在其中一个实施例中，所述第一掺杂类型阱和第二掺杂类型阱内均设有与阱的掺杂类型相同的浓度过渡区，所述源极、漏极、栅极分别设于各自的浓度过渡区内。
[0009]在其中一个实施例中，所述阱区和埋层的掺杂浓度大于所述衬底，各浓度过渡区的掺杂浓度大于所述阱区，所述源极、漏极及栅极的掺杂浓度大于各自所在的浓度过渡区。
[0010]在其中一个实施例中，所述多条条形结构沿X轴方向由内向外宽度逐渐增大、间距逐渐减小。
[0011]在其中一个实施例中，所述第一掺杂类型为P型，所述第二掺杂类型为N型，所述第一掺杂类型的衬底为P-衬底，所述第一掺杂类型埋层为P型埋层，所述第二掺杂类型埋层为N型埋层，所述第一掺杂类型阱为P阱，所述第二掺杂类型阱为N阱，所述条形结构为P-条，所述源极为N+源极，所述漏极为N+漏极，所述栅极为P+栅极。
[0012]还有必要提供一种圆型功率结型场效应管。
[0013]一种圆型功率结型场效应管，包括第一掺杂类型的衬底，所述衬底上的埋层区，所述埋层区上的阱区，以及第二掺杂类型的源极、第二掺杂类型的漏极、第一掺杂类型的栅极、第一掺杂类型的结区；所述源极、漏极、栅极及结区位于所述阱区内，所述埋层区包括第二掺杂类型埋层和位于第二掺杂类型埋层外侧的第一掺杂类型埋层，所述阱区包括位于第二掺杂类型埋层上方的第二掺杂类型阱，和位于第一掺杂类型埋层上方且位于第二掺杂类型埋层外侧上方的第一掺杂类型阱，所述结区为多条同心的第一掺杂类型的环状结构，设于第二掺杂类型阱在第二掺杂类型埋层上方的部分内且被所述第二掺杂类型阱分隔开，所述漏极位于圆型功率结型场效应管的圆心处，所述源极位于第二掺杂类型阱内且位于最外侧的一条环状结构外侧，所述栅极位于所述第一掺杂类型阱内且位于源极内侧；所述第二掺杂类型阱位于所述第一掺杂类型埋层正上方的部分与第一掺杂类型阱在垂直于径向的水平方向上呈交错的叉指排列；所述第一掺杂类型和第二掺杂类型的导电类型相反。
[0014]在其中一个实施例中，所述第一掺杂类型阱和第二掺杂类型阱内均设有与阱的掺杂类型相同的浓度过渡区，所述源极、漏极、栅极分别设于各自的浓度过渡区内。
[0015]在其中一个实施例中，所述阱区和埋层的掺杂浓度大于所述衬底，各浓度过渡区的掺杂浓度大于所述阱区，所述源极、漏极及栅极的掺杂浓度大于各自所在的浓度过渡区。
[0016]在其中一个实施例中，所述多条环状结构内向外宽度逐渐增大、间距逐渐减小。
[0017]在其中一个实施例中，所述第一掺杂类型为P型，所述第二掺杂类型为N型，所述第一掺杂类型的衬底为P-衬底，所述第一掺杂类型埋层为P型埋层，所述第二掺杂类型埋层为N型埋层，所述第一掺杂类型阱为P阱，所述第二掺杂类型阱为N阱，所述环状结构为P-环，所述源极为N+源极，所述漏极为N+漏极，所述栅极为P+栅极。
[0018]还有必要提供一种功率结型场效应管的制造方法。
[0019]一种功率结型场效应管的制造方法，包括下列步骤:提供第一掺杂类型的衬底；分别注入第一掺杂类型和第二掺杂类型的杂质离子，推阱后形成埋层区；所述埋层区包括第一掺杂类型埋层和第二掺杂类型埋层，所述第一掺杂类型埋层和第二掺杂类型埋层的掺杂浓度均大于所述衬底，所述第一掺杂类型埋层位于所述第二掺杂类型埋层的外侧；外延形成第一掺杂类型的外延层；向所述外延层内分别注入第一掺杂类型和第二掺杂类型的杂质离子，推阱成结后形成位于所述埋层区上方的阱区；所述阱区包括第一掺杂类型阱和第二掺杂类型阱，所述第一掺杂类型阱和第二掺杂类型阱的掺杂浓度大于所述衬底，所述第二掺杂类型阱位于第二掺杂类型埋层上方，所述第一掺杂类型阱位于第一掺杂类型埋层上方且位于第二掺杂类型埋层外侧上方；向所述阱区内注入第一掺杂类型和第二掺杂类型的杂质离子，通过推阱进行热扩散，在所述第二掺杂类型阱内形成第一掺杂类型的结区，在预定要注入形成源极、漏极和栅极的位置分别形成浓度过渡区；所述浓度过渡区的掺杂浓度大于其位于的阱区的掺杂浓度；向所述浓度过渡区内注入第一掺杂类型和第二掺杂类型的杂质离子，分别形成第二掺杂类型的源极、第二掺杂类型的漏极、第一掺杂类型的栅极；所述源极、漏极及栅极的掺杂浓度均大于其位于的浓度过渡区的掺杂浓度，所述源极位于第二掺杂类型阱内，所述漏极位于第二掺 杂类型阱内，所述栅极位于第一掺杂类型阱内。
[0020]在其中一个实施例中，所述第一掺杂类型为P型，所述第二掺杂类型为N型，所述第一掺杂类型的衬底为P-衬底，所述第一掺杂类型埋层为P型埋层，所述第二掺杂类型埋层为N型埋层，所述第一掺杂类型阱为P阱，所述第二掺杂类型阱为N阱，所述结区为P-结，所述源极为N+源极，所述漏极为N+漏极，所述栅极为P+栅极。
[0021]上述功率结型场效应管在源极引入叉指状的电流通道(第二掺杂类型阱)及栅极区，通过第一掺杂类型阱及第一掺杂类型埋层对电流通道进行横向及纵向耗尽，实现三维的RESURF效果，达到了保证高击穿电压的同时，夹断电压仍维持较低水平的目的。叉指状的电流通道通过Triple RESURF增大纵向、横向耗尽，电势分布更均匀，可以获得较低夹断电压。叉指状的电流通道有相同的夹断电压，通过源极的引出以及三维的RESURF效果可以增加第二掺杂类型阱的掺杂浓度，从而在确保较低夹断电压的同时相应提升电流驱动能力，使得电流驱动能力不再受限于夹断电压。降低了自偏压的实现难度，在实现较高阻断电压、高电流驱动能力的同时，能够保证较小夹断电压，提高了导通状态下的驱动电流。圆型功率结型场效应管在scaling时可以更方便灵活地伸缩器件宽度，同时降低条形结构的拐角电场聚集，一定程度上更容易得到广泛应用。
【附图说明】
[0022]图1是一实施例中功率结型场效应管的俯视结构示意图；
[0023]图2是沿图1中A-A’线的剖视图；
[0024]图3是沿图1中B-B’线的剖视图；
[0025]图4是沿图1中C-C’线的剖视图；
[0026]图5是一实施例中圆型功率结型场效应管的俯视图；
[0027]图6是一实施例中功率结型场效应管的制造方法的流程图；
[0028]图7是一实施例中步骤S330完成后功率结型场效应管的剖视图；
[0029]图8a和图8b是步骤S340完成后功率结型场效应管的剖视图，其中图8a为沿图1中B-B’线剖切，图8b为沿图1中C-C’线剖切；
[0030]图9a和图9b是步骤S350完成后器件的剖视图，其中图9a为沿图1中B_B’线剖切，图9b为沿图1中C-C’线剖切。
【具体实施方式】
[0031]为使本发明的目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的【具体实施方式】做详细的说明。
[0032]功率结型场效应管包括第一掺杂类型的衬底，三维坐标系中沿Z轴方向位于衬底上方的埋层区，沿Z轴方向位于埋层区上方的阱区，以及第二掺杂类型的源极、第二掺杂类型的漏极、第一掺杂类型的栅极、第一掺杂类型的结区；源极、漏极、栅极及结区位于阱区内。
[0033]图1是一实施例中功率结型场效应管的俯视结构示意图，图2是沿图1中A-A’线的剖视图，图3是沿图1中B-B’线的剖视图，图4是沿图1中C-C’线的剖视图。请一并参看图1?图4，在本实施例中，第一掺杂类型为P型，第二掺杂类型为N型，衬底110为P-硅衬底。埋层区包括N型埋层112和沿X轴方向位于N型埋层112外侧(即图1中的右侧)的P型埋层114。阱区包括沿Z轴方向位于N型埋层112上方的N阱122(图1中用虚线框表示)，和沿Z轴方向位于P型埋层114上方且位于N型埋层112沿X轴方向外侧、沿Z轴方向上方的P阱124 (图1中用点组成的线表示)。请参看图1，其中N阱122包括图中左侧位于N型埋层112上方的部分和右侧位于P型埋层114上方的部分，均用虚线框表示。结区为多条沿Y轴方向延伸的P-条形结构144，该多条条形结构144沿X轴方向间隔排列且被N阱122分隔开。漏极151位于N阱122内且位于X轴方向最内侧的(即图1中最左边)一条条形结构144内侧。源极153位于N阱122内且位于X轴方向最外侧的一条条形结构144外侧。栅极155位于P阱124内且位于源极153沿X轴方向内侧。N阱122位于P型埋层114沿Z轴方向正上方的部分与P阱124在Y轴方向上呈交错的叉指排列，该叉指状宽度为w的N阱122作为电流通道区。
[0034]上述功率结型场效应管，N型埋层112与P型埋层114形成X轴方向的耐压区；靠近漏极151的一侧是高压降低表面电场区域(HV RESURF Reg1n)，N阱122与P-条形结构144在Z轴方向上形成耐压区；在靠近源极153 —侧，N阱122与P阱124在X轴方向上形成耐压区，P型埋层114和P阱124将源极153和N阱122叉指状的部分(电流通道区)从前、后(即图3中Y轴方向)、下三个方向包围。当电流通道区被P型埋层114和P阱124从三个方向耗尽后，该功率结型场效应管即被夹断，达到设计目的，但前提是通过图1中左侧的N型埋层112与P型埋层114耐受住从漏极151引入的高压，而后降压进入靠近源极153一侧。也就是说，当漏极151瞬间外加高压时，通过多重降低表面电场(Mult1-RESURF)的作用，HV RESURF Reg1n中的P-条形结构144将承担大部分高压，同时图1中右侧的N+源极153,N阱122与P+栅极155、P阱124、P型埋层114形成三维形态的耗尽，从漏极151至源极153电势均匀降落至低电位，从而实现器件的高压阻断特性(可实现700V的高压阻断)。
[0035]Vgs为OV时，功率结型场效应管本身特性允许电流流过，并在源极153寄生电阻上形成压降。随着电流增大，Vgs逐渐降为负，开始通过P+/P阱124与P型埋层114形成的栅极区在横向(图1中X轴方向)和纵向(图1中Z轴方向)逐渐耗尽N阱122形成的电流通道，电流变小进而影响压降变小，当压降与电流形成平衡，夹断电压趋于稳定，实现恒流功能。
[0036]此外，上述功率结型场效应管的结构非常易于scaling (器件设计时的等比例变化)，只需在外围增加数条相同宽度的叉指状N阱122作为电流通道即可。增加之后可以获得更大电流，易实现恒流源及自启动模块的功能。
[0037]因此，上述功率结型场效应管在源极153引入叉指状的电流通道(N阱)及栅极区，通过P阱124及P型埋层114对N阱122进行横向及纵向耗尽，实现三维的RESURF效果，达到了保证高击穿电压的同时，夹断电压仍维持较低水平的目的。叉指状的电流通道通过Triple RESURF增大纵向、横向耗尽，电势分布更均匀，可以获得较低夹断电压。叉指状的电流通道有相同的夹断电压，通过源极153的引出以及三维的RESURF效果可以增加N阱122的掺杂浓度，从而在确保较低夹断电压的同时相应提升电流驱动能力，使得电流驱动能力不再受限于夹断电压。降低了自偏压的实现难度，在实现较高阻断电压、高电流驱动能力的同时，能够保证较小夹断电压，提高了导通状态下的驱动电流。通过适当的器件结构及版图设计，能很好地实现大电流密度，有助于实现功率器件的恒流模块功能。
[0038]在其中一个实施例中，第一掺杂类型阱和第二掺杂类型阱内均设有与阱的掺杂类型相同的浓度过渡区，源极、漏极、栅极分别设于各自的浓度过渡区内。例如，N+源极设于N阱内的N型浓度过渡区内，N+漏极设于N阱内的N型浓度过渡区内，P+栅极设于P阱内的P型浓度过渡区内。P阱、N阱 P型埋层及N型埋层的掺杂浓度大于衬底的掺杂浓度，各浓度过渡区的掺杂浓度大于阱区的掺杂浓度，源极、漏极、栅极的掺杂浓度大于各自所在的浓度过渡区的掺杂浓度。在其中一个实施例中，P-衬底I1的掺杂浓度为l*14/cm3?1*15/cm3,埋层的掺杂浓度为l*17/cm3?l*18/cm3,讲区的掺杂浓度为l*16/cm3?l*17/cm3,浓度过渡区的掺杂浓度为l*17/cm3?l*18/cm3，源极、漏极、栅极的掺杂浓度为l*20/cm3?1*21/cm3。
[0039]为了简化设计，各P-条形结构144可以为等宽、等距的结构。也可以为图1所示的沿X轴方向由内向外各P-条形结构144宽度逐渐增大、间距逐渐减小的结构，以期获得更好的降压效果。
[0040]本发明还提供一种圆型功率结型场效应管。本说明书和权利要求书中的“圆型”，是指横截面是圆形或类似的闭合形状，例如椭圆形、体育场的跑道型等。圆型功率结型场效应管包括第一掺杂类型的衬底，衬底上的埋层区，埋层区上的阱区，以及第二掺杂类型的源极、第二掺杂类型的漏极、第一掺杂类型的栅极、第一掺杂类型的结区；源极、漏极、栅极及结区位于阱区内。
[0041]图5是一实施例中圆型功率结型场效应管的俯视图。在该实施例中，器件的横截面为圆形，第一掺杂类型为P型，第二掺杂类型为N型。埋层区包括N型埋层212和位于N型埋层212外侧的P型埋层214，阱区包括位于N型埋层212上方的N阱222 (图1中用虚线圈表示)，和位于P型埋层214上方且位于N型埋层212外侧上方的P阱224。结区为多条同心的P-环状结构244且被N阱222分隔开。漏极251位于圆型功率结型场效应管的圆心处。源极253位于N讲222内且位于最外侧的一条环状结构244外侧。栅极255位于P阱224内且位于源极253内侧。N阱222位于P型埋层214正上方的部分与P阱224在垂直于径向的水平方向上呈交错的叉指排列。
[0042]圆型功率结型场效应管在scaling时可以更方便灵活地伸缩器件宽度，同时降低条形结构的拐角电场聚集，一定程度上更容易得到广泛应用。
[0043]在其中一个实施例中，第一掺杂类型阱和第二掺杂类型阱内均设有与阱的掺杂类型相同的浓度过渡区，源极、漏极、栅极分别设于各自的浓度过渡区内。例如，N+源极设于N阱内的N型浓度过渡区内，N+漏极设于N阱内的N型浓度过渡区内，P+栅极设于P阱内的P型浓度过渡区内。P阱、N阱、P型埋层及N型埋层的掺杂浓度大于衬底的掺杂浓度，各浓度过渡区的掺杂浓度大于阱区的掺杂浓度，源极、漏极、栅极的掺杂浓度大于各自所在的浓度过渡区的掺杂浓度。在其中一个实施例中，P-衬底I1的掺杂浓度为l*14/cm3?1*15/cm3,埋层的掺杂浓度为l*17/cm3?l*18/cm3,讲区的掺杂浓度为l*16/cm3?l*17/cm3,浓度过渡区的掺杂浓度为l*17/cm3?l*18/cm3，源极、漏极、栅极的掺杂浓度为l*20/cm3?1*21/cm3。
[0044]为了简化设计，各P-环状结构244可以为等宽、等距的结构。也可以为由内向外的各P-环状结构244宽度逐渐增大、间距逐渐减小的结构，以期获得更好的降压效果。
[0045]图6是一实施例中功率结型场效应管的制造方法的流程图，其不仅适用于图1所示结构的功率结型场效应管，也适用于图5所示的圆型功率结型场效应管。功率结型场效应管的制造方法包括下列步骤:
[0046]S310，提供第一掺杂类型的衬底。
[0047]在本实施例中，第一掺杂类型是P型，第二掺杂类型是N型，本步骤为提供P-硅衬
。
[0048]S320，注入第一掺杂类型和第二掺杂类型的杂质离子，推阱后形成埋层区。
[0049]埋层区包括第一掺杂类型埋层和第二掺杂类型埋层，第一掺杂类型埋层位于第二掺杂类型埋层的外侧。
[0050]S330，外延形成第一掺杂类型的外延层。
[0051]图7是步骤S330完成后器件的剖视图，图中示出了 P-衬底110、N型埋层112、P型埋层114以及外延层120。在图7中，前述外侧即图中的右侧。在本实施例中，外延层120的掺杂浓度略高于衬底110的掺杂浓度。
[0052]S340,向外延层内注入第一掺杂类型和第二掺杂类型的杂质离子，推阱成结后形成位于埋层区上方的阱区。
[0053]阱区包括第一掺杂类型阱和第二掺杂类型阱，第一掺杂类型阱和第二掺杂类型阱的掺杂浓度大于衬底的掺杂浓度，第二掺杂类型阱位于第二掺杂类型埋层上方，第一掺杂类型阱位于第一掺杂类型埋层上方且位于第二掺杂类型埋层外侧上方。图8a和图Sb是步骤S340完成后器件的剖视图，其中图8a为沿图1中B-B’线剖切，图8b为沿图1中C-C’线剖切。在本实施例中，第一掺杂类型阱即P阱124，第一掺杂类型阱即N阱122。N阱122和P阱124的掺杂浓度大于衬底110的掺杂浓度。
[0054]S350,向阱区内注入第一和第二掺杂类型的杂质离子，通过推阱进行热扩散，形成结区和浓度过渡区。
[0055]经推阱等热过程增强扩散后形成浓度过渡区的作用是为阱区和源/漏/栅极提供一个浓度过渡，从而形成浓度梯度缓变的PN结。后续的步骤中，源极、漏极及栅极是形成于各自的浓度过渡区内的，因此本步骤中浓度过渡区形成于预定要注入形成源/漏/栅极的位置。浓度过渡区的掺杂浓度大于其位于的阱区的掺杂浓度。
[0056]结区可以是如图1所示的多条沿Y轴方向延伸的条形结构，该多条条形结构沿X轴方向间隔排列且被N阱分隔开；也可以是图5所示的多条同心的环状结构，该多条环状结构被N阱分隔开。图9a和图9b是步骤S350完成后器件的剖视图，其中图9a为沿图1中B-B’线剖切，图9b为沿图1中C-C’线剖切。图9a和图9b中未示出浓度过渡区。
[0057]S360,向浓度过渡区内注入第一和第二掺杂类型的杂质离子，分别形成源极、漏极、栅极。
[0058]源极位于第二掺杂类型阱内，漏极位于第二掺杂类型阱内，栅极位于第一掺杂类型阱内。同时，源/漏/栅极位于各自的浓度过渡区内。
[0059]步骤S360完成后器件的剖视图如图3和图4所示。其中源极153、漏极151及栅极155的掺杂浓度均大于其位于的浓度过渡区的掺杂浓度。注入完成后还需要进行退火并完成后段工艺，形成完整的器件结构，从而实现纵向(Z轴方向)结的底部垂直耐压和横向(X轴方向)PN柱面结耐压。
[0060]在其中一个实施例中，P-衬底110的掺杂浓度为l*14/cm3?l*15/cm3，埋层的掺杂浓度为l*17/cm3?l*18/cm3，阱区的掺杂浓度为l*16/cm3?l*17/cm3，过渡区的掺杂浓度为l*17/cm3?l*18/cm3,源极、漏极、栅极的掺杂浓度为l*20/cm3?l*21/cm3。
[0061]以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权 利要求为准。
【主权项】
1.一种功率结型场效应管，其特征在于，包括第一掺杂类型的衬底，三维坐标系中沿Z轴方向位于所述衬底上方的埋层区，沿Z轴方向位于所述埋层区上方的阱区，以及第二掺杂类型的源极、第二掺杂类型的漏极、第一掺杂类型的栅极、第一掺杂类型的结区；所述源极、漏极、栅极及结区位于所述阱区内，所述埋层区包括第二掺杂类型埋层和沿X轴方向位于第二掺杂类型埋层外侧的第一掺杂类型埋层，所述阱区包括沿Z轴方向位于所述第二掺杂类型埋层上方的第二掺杂类型阱，和沿Z轴方向位于第一掺杂类型埋层上方且位于第二掺杂类型埋层沿X轴方向外侧、沿Z轴方向上方的第一掺杂类型阱，所述结区为多条沿Y轴方向延伸的第一掺杂类型的条形结构，且设于第二掺杂类型阱在第二掺杂类型埋层沿Z轴方向上方的部分内，所述多条条形结构沿X轴方向间隔排列且被所述第二掺杂类型阱分隔开，所述漏极位于第二掺杂类型阱内且位于X轴方向最内侧的一条条形结构内侧，所述源极位于第二掺杂类型阱内且位于X轴方向最外侧的一条条形结构外侧，所述栅极位于所述第一掺杂类型阱内且位于源极沿X轴方向内侧；所述第二掺杂类型阱位于所述第一掺杂类型埋层沿Z轴方向正上方的部分与第一掺杂类型阱在Y轴方向上呈交错的叉指排列；所述第一掺杂类型和第二掺杂类型的导电类型相反。2.根据权利要求1所述的功率结型场效应管，其特征在于，所述第一掺杂类型阱和第二掺杂类型阱内均设有与阱的掺杂类型相同的浓度过渡区，所述源极、漏极、栅极分别设于各自的浓度过渡区内。3.根据权利要求2所述的功率结型场效应管，其特征在于，所述阱区和埋层的掺杂浓度大于所述衬底，各浓度过渡区的掺杂浓度大于所述阱区，所述源极、漏极及栅极的掺杂浓度大于各自所在的浓度过渡区。4.根据权利要求1所述的功率结型场效应管，其特征在于，所述多条条形结构沿X轴方向由内向外宽度逐渐增大、间距逐渐减小。5.根据权利要求1-4中任意一项所述的功率结型场效应管，其特征在于，所述第一掺杂类型为P型，所述第二掺杂类型为N型，所述第一掺杂类型的衬底为P-衬底，所述第一掺杂类型埋层为P型埋层，所述第二掺杂类型埋层为N型埋层，所述第一掺杂类型阱为P阱，所述第二掺杂类型阱为N阱，所述条形结构为P-条，所述源极为N+源极，所述漏极为N+漏极，所述栅极为P+栅极。6.一种圆型功率结型场效应管，其特征在于，包括第一掺杂类型的衬底，所述衬底上的埋层区，所述埋层区上的阱区，以及第二掺杂类型的源极、第二掺杂类型的漏极、第一掺杂类型的栅极、第一掺杂类型的结区；所述源极、漏极、栅极及结区位于所述阱区内，所述埋层区包括第二掺杂类型埋层和位于第二掺杂类型埋层外侧的第一掺杂类型埋层，所述阱区包括位于第二掺杂类型埋层上方的第二掺杂类型阱，和位于第一掺杂类型埋层上方且位于第二掺杂类型埋层外侧上方的第一掺杂类型阱，所述结区为多条同心的第一掺杂类型的环状结构，设于第二掺杂类型阱在第二掺杂类型埋层上方的部分内且被所述第二掺杂类型阱分隔开，所述漏极位于圆型功率结型场效应管的圆心处，所述源极位于第二掺杂类型阱内且位于最外侧的一条环状结构外侧，所述栅极位于所述第一掺杂类型阱内且位于源极内侧；所述第二掺杂类型阱位于所述第一掺杂类型埋层正上方的部分与第一掺杂类型阱在垂直于径向的水平方向上呈交错的叉指排列；所述第一掺杂类型和第二掺杂类型的导电类型相反。7.根据权利要求6所述的圆型功率结型场效应管，其特征在于，所述第一掺杂类型阱和第二掺杂类型阱内均设有与阱的掺杂类型相同的浓度过渡区，所述源极、漏极、栅极分别设于各自的浓度过渡区内。8.根据权利要求7所述的圆型功率结型场效应管，其特征在于，所述阱区和埋层的掺杂浓度大于所述衬底，各浓度过渡区的掺杂浓度大于所述阱区，所述源极、漏极及栅极的掺杂浓度大于各自所在的浓度过渡区。9.根据权利要求6所述的圆型功率结型场效应管，其特征在于，所述多条环状结构内向外宽度逐渐增大、间距逐渐减小。10.根据权利要求6-9中任意一项所述的圆型功率结型场效应管，其特征在于，所述第一掺杂类型为P型，所述第二掺杂类型为N型，所述第一掺杂类型的衬底为P-衬底，所述第一掺杂类型埋层为P型埋层，所述第二掺杂类型埋层为N型埋层，所述第一掺杂类型阱为P阱，所述第二掺杂类型阱为N阱，所述环状结构为P-环，所述源极为N+源极，所述漏极为N+漏极，所述栅极为P+栅极。11.一种功率结型场效应管的制造方法，包括下列步骤: 提供第一掺杂类型的衬底； 分别注入第一掺杂类型和第二掺杂类型的杂质离子，推阱后形成埋层区；所述埋层区包括第一掺杂类型埋层和第二掺杂类型埋层，所述第一掺杂类型埋层和第二掺杂类型埋层的掺杂浓度均大于所述衬底，所述第一掺杂类型埋层位于所述第二掺杂类型埋层的外侧； 外延形成第一掺杂类型的外延层； 向所述外延层内分别注入第一掺杂类型和第二掺杂类型的杂质离子，推阱成结后形成位于所述埋层区上方的阱区；所述阱区包括第一掺杂类型阱和第二掺杂类型阱，所述第一掺杂类型阱和第二掺杂类型阱的掺杂浓度大于所述衬底，所述第二掺杂类型阱位于第二掺杂类型埋层上方，所述第一掺杂类型阱位于第一掺杂类型埋层上方且位于第二掺杂类型埋层外侧上方； 向所述阱区内注入第一掺杂类型和第二掺杂类型的杂质离子，通过推阱进行热扩散，在所述第二掺杂类型阱内形成第一掺杂类型的结区，在预定要注入形成源极、漏极和栅极的位置分别形成浓度过渡区；所述浓度过渡区的掺杂浓度大于其位于的阱区的掺杂浓度； 向所述浓度过渡区内注入第一掺杂类型和第二掺杂类型的杂质离子，分别形成第二掺杂类型的源极、第二掺杂类型的漏极、第一掺杂类型的栅极；所述源极、漏极及栅极的掺杂浓度均大于其位于的浓度过渡区的掺杂浓度，所述源极位于第二掺杂类型阱内，所述漏极位于第二掺杂类型阱内，所述栅极位于第一掺杂类型阱内。12.根据权利要求11所述的功率结型场效应管的制造方法，其特征在于，所述第一掺杂类型为P型，所述第二掺杂类型为N型，所述第一掺杂类型的衬底为P-衬底，所述第一掺杂类型埋层为P型埋层，所述第二掺杂类型埋层为N型埋层，所述第一掺杂类型阱为P阱，所述第二掺杂类型阱为N阱，所述结区为P-结，所述源极为N+源极，所述漏极为N+漏极，所述栅极为P+栅极。
【专利摘要】本发明涉及一种功率结型场效应管，包括P型衬底，位于衬底上方的埋层区，位于埋层区上方的阱区，以及N型的源极漏极、P型的栅极、结区；源极、漏极、栅极及结区位于阱区内，埋层区包括N型埋层和位于N型埋层外侧的P型埋层，阱区包括位于N型埋层上方的N阱，和位于P型埋层上方且位于N型埋层外侧上方的P阱，结区为多条间隔排列且被N阱分隔开的条形结构，漏极位于N阱内且位于最内侧的一条条形结构内侧，源极位于N阱内且位于最外侧的一条条形结构外侧，N阱位于P型埋层正上方的部分与P阱呈交错的叉指排列。本发明还涉及一种圆型功率结型场效应管和功率结型场效应管的制造方法。本发明确保低夹断电压的同时可获得大电流驱动能力及高耐压。
【IPC分类】H01L29/78, H01L29/08, H01L21/336
【公开号】CN104900695
【申请号】CN201410075476
【发明人】祁树坤
【申请人】无锡华润上华半导体有限公司
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2014年3月3日
【技术领域】
[0001]本发明涉及半导体器件，特别是涉及一种功率结型场效应管，一种圆型功率结型场效应管，还涉及一种功率结型场效应管的制造方法。
【背景技术】
[0002]结型场效应晶体管(JFET)是非常重要的一类器件，使用JFET可以非常容易的搭建启动(start-up)模块以及恒流源模块。对于JFET,其夹断电压(pinch-off voltage)是非常关键的参数之一。
[0003]器件的夹断电压取决于对载流子的耗尽，因为夹断点电荷平衡时，耗尽层的载流子主要由阱区提供，该阱区的形成过程一般是通过单独的离子注入和推阱来实现的，因而较容易通过控制离子注入的能量、剂量等参数以及推阱过程的温度、时间等参数来控制阱区的掺杂浓度、深度等，从而使得阱区相关的工艺漂移范围较小，有利于精确控制器件的夹断电压。
[0004]高压结型场效应管器件必须满足三个条件:一是高阻断电压，防止器件初始状态外加偏压的热损毁；二是大电流，以保证小面积下满足恒流模块所需电流；三是易于自偏压，更好地通过夹断一定宽度的沟道来维持所需电流。
[0005]传统的高压结型场效应管存在改进的空间。首先，其夹断电压与关态击穿电压密切相关，器件耐压高则夹断电压也必须随之升高；其次，开态导通电流受限于夹断电压的大小，夹断电压小则通道狭窄，电流驱动能力难以提升。
【发明内容】
[0006]基于此，有必要提供一种在确保较低的夹断电压的同时，能够获得较大的电流驱动能力，同时获得较高的器件耐压的功率结型场效应管。
[0007]一种功率结型场效应管，包括第一掺杂类型的衬底，三维坐标系中沿Z轴方向位于所述衬底上方的埋层区，沿Z轴方向位于所述埋层区上方的阱区，以及第二掺杂类型的源极、第二掺杂类型的漏极、第一掺杂类型的栅极、第一掺杂类型的结区；所述源极、漏极、栅极及结区位于所述阱区内，所述埋层区包括第二掺杂类型埋层和沿X轴方向位于第二掺杂类型埋层外侧的第一掺杂类型埋层，所述阱区包括沿Z轴方向位于所述第二掺杂类型埋层上方的第二掺杂类型阱，和沿Z轴方向位于第一掺杂类型埋层上方且位于第二掺杂类型埋层沿X轴方向外侧、沿Z轴方向上方的第一掺杂类型阱，所述结区为多条沿Y轴方向延伸的第一掺杂类型的条形结构，且设于第二掺杂类型阱在第二掺杂类型埋层沿Z轴方向上方的部分内，所述多条条形结构沿X轴方向间隔排列且被所述第二掺杂类型阱分隔开，所述漏极位于第二掺杂类型阱内且位于X轴方向最内侧的一条条形结构内侧，所述源极位于第二掺杂类型阱内且位于X轴方向最外侧的一条条形结构外侧，所述栅极位于所述第一掺杂类型阱内且位于源极沿X轴方向内侧；所述第二掺杂类型阱位于所述第一掺杂类型埋层沿Z轴方向正上方的部分与第一掺杂类型阱在Y轴方向上呈交错的叉指排列；所述第一掺杂类型和第二掺杂类型的导电类型相反。
[0008]在其中一个实施例中，所述第一掺杂类型阱和第二掺杂类型阱内均设有与阱的掺杂类型相同的浓度过渡区，所述源极、漏极、栅极分别设于各自的浓度过渡区内。
[0009]在其中一个实施例中，所述阱区和埋层的掺杂浓度大于所述衬底，各浓度过渡区的掺杂浓度大于所述阱区，所述源极、漏极及栅极的掺杂浓度大于各自所在的浓度过渡区。
[0010]在其中一个实施例中，所述多条条形结构沿X轴方向由内向外宽度逐渐增大、间距逐渐减小。
[0011]在其中一个实施例中，所述第一掺杂类型为P型，所述第二掺杂类型为N型，所述第一掺杂类型的衬底为P-衬底，所述第一掺杂类型埋层为P型埋层，所述第二掺杂类型埋层为N型埋层，所述第一掺杂类型阱为P阱，所述第二掺杂类型阱为N阱，所述条形结构为P-条，所述源极为N+源极，所述漏极为N+漏极，所述栅极为P+栅极。
[0012]还有必要提供一种圆型功率结型场效应管。
[0013]一种圆型功率结型场效应管，包括第一掺杂类型的衬底，所述衬底上的埋层区，所述埋层区上的阱区，以及第二掺杂类型的源极、第二掺杂类型的漏极、第一掺杂类型的栅极、第一掺杂类型的结区；所述源极、漏极、栅极及结区位于所述阱区内，所述埋层区包括第二掺杂类型埋层和位于第二掺杂类型埋层外侧的第一掺杂类型埋层，所述阱区包括位于第二掺杂类型埋层上方的第二掺杂类型阱，和位于第一掺杂类型埋层上方且位于第二掺杂类型埋层外侧上方的第一掺杂类型阱，所述结区为多条同心的第一掺杂类型的环状结构，设于第二掺杂类型阱在第二掺杂类型埋层上方的部分内且被所述第二掺杂类型阱分隔开，所述漏极位于圆型功率结型场效应管的圆心处，所述源极位于第二掺杂类型阱内且位于最外侧的一条环状结构外侧，所述栅极位于所述第一掺杂类型阱内且位于源极内侧；所述第二掺杂类型阱位于所述第一掺杂类型埋层正上方的部分与第一掺杂类型阱在垂直于径向的水平方向上呈交错的叉指排列；所述第一掺杂类型和第二掺杂类型的导电类型相反。
[0014]在其中一个实施例中，所述第一掺杂类型阱和第二掺杂类型阱内均设有与阱的掺杂类型相同的浓度过渡区，所述源极、漏极、栅极分别设于各自的浓度过渡区内。
[0015]在其中一个实施例中，所述阱区和埋层的掺杂浓度大于所述衬底，各浓度过渡区的掺杂浓度大于所述阱区，所述源极、漏极及栅极的掺杂浓度大于各自所在的浓度过渡区。
[0016]在其中一个实施例中，所述多条环状结构内向外宽度逐渐增大、间距逐渐减小。
[0017]在其中一个实施例中，所述第一掺杂类型为P型，所述第二掺杂类型为N型，所述第一掺杂类型的衬底为P-衬底，所述第一掺杂类型埋层为P型埋层，所述第二掺杂类型埋层为N型埋层，所述第一掺杂类型阱为P阱，所述第二掺杂类型阱为N阱，所述环状结构为P-环，所述源极为N+源极，所述漏极为N+漏极，所述栅极为P+栅极。
[0018]还有必要提供一种功率结型场效应管的制造方法。
[0019]一种功率结型场效应管的制造方法，包括下列步骤:提供第一掺杂类型的衬底；分别注入第一掺杂类型和第二掺杂类型的杂质离子，推阱后形成埋层区；所述埋层区包括第一掺杂类型埋层和第二掺杂类型埋层，所述第一掺杂类型埋层和第二掺杂类型埋层的掺杂浓度均大于所述衬底，所述第一掺杂类型埋层位于所述第二掺杂类型埋层的外侧；外延形成第一掺杂类型的外延层；向所述外延层内分别注入第一掺杂类型和第二掺杂类型的杂质离子，推阱成结后形成位于所述埋层区上方的阱区；所述阱区包括第一掺杂类型阱和第二掺杂类型阱，所述第一掺杂类型阱和第二掺杂类型阱的掺杂浓度大于所述衬底，所述第二掺杂类型阱位于第二掺杂类型埋层上方，所述第一掺杂类型阱位于第一掺杂类型埋层上方且位于第二掺杂类型埋层外侧上方；向所述阱区内注入第一掺杂类型和第二掺杂类型的杂质离子，通过推阱进行热扩散，在所述第二掺杂类型阱内形成第一掺杂类型的结区，在预定要注入形成源极、漏极和栅极的位置分别形成浓度过渡区；所述浓度过渡区的掺杂浓度大于其位于的阱区的掺杂浓度；向所述浓度过渡区内注入第一掺杂类型和第二掺杂类型的杂质离子，分别形成第二掺杂类型的源极、第二掺杂类型的漏极、第一掺杂类型的栅极；所述源极、漏极及栅极的掺杂浓度均大于其位于的浓度过渡区的掺杂浓度，所述源极位于第二掺杂类型阱内，所述漏极位于第二掺 杂类型阱内，所述栅极位于第一掺杂类型阱内。
[0020]在其中一个实施例中，所述第一掺杂类型为P型，所述第二掺杂类型为N型，所述第一掺杂类型的衬底为P-衬底，所述第一掺杂类型埋层为P型埋层，所述第二掺杂类型埋层为N型埋层，所述第一掺杂类型阱为P阱，所述第二掺杂类型阱为N阱，所述结区为P-结，所述源极为N+源极，所述漏极为N+漏极，所述栅极为P+栅极。
[0021]上述功率结型场效应管在源极引入叉指状的电流通道(第二掺杂类型阱)及栅极区，通过第一掺杂类型阱及第一掺杂类型埋层对电流通道进行横向及纵向耗尽，实现三维的RESURF效果，达到了保证高击穿电压的同时，夹断电压仍维持较低水平的目的。叉指状的电流通道通过Triple RESURF增大纵向、横向耗尽，电势分布更均匀，可以获得较低夹断电压。叉指状的电流通道有相同的夹断电压，通过源极的引出以及三维的RESURF效果可以增加第二掺杂类型阱的掺杂浓度，从而在确保较低夹断电压的同时相应提升电流驱动能力，使得电流驱动能力不再受限于夹断电压。降低了自偏压的实现难度，在实现较高阻断电压、高电流驱动能力的同时，能够保证较小夹断电压，提高了导通状态下的驱动电流。圆型功率结型场效应管在scaling时可以更方便灵活地伸缩器件宽度，同时降低条形结构的拐角电场聚集，一定程度上更容易得到广泛应用。
【附图说明】
[0022]图1是一实施例中功率结型场效应管的俯视结构示意图；
[0023]图2是沿图1中A-A’线的剖视图；
[0024]图3是沿图1中B-B’线的剖视图；
[0025]图4是沿图1中C-C’线的剖视图；
[0026]图5是一实施例中圆型功率结型场效应管的俯视图；
[0027]图6是一实施例中功率结型场效应管的制造方法的流程图；
[0028]图7是一实施例中步骤S330完成后功率结型场效应管的剖视图；
[0029]图8a和图8b是步骤S340完成后功率结型场效应管的剖视图，其中图8a为沿图1中B-B’线剖切，图8b为沿图1中C-C’线剖切；
[0030]图9a和图9b是步骤S350完成后器件的剖视图，其中图9a为沿图1中B_B’线剖切，图9b为沿图1中C-C’线剖切。
【具体实施方式】
[0031]为使本发明的目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的【具体实施方式】做详细的说明。
[0032]功率结型场效应管包括第一掺杂类型的衬底，三维坐标系中沿Z轴方向位于衬底上方的埋层区，沿Z轴方向位于埋层区上方的阱区，以及第二掺杂类型的源极、第二掺杂类型的漏极、第一掺杂类型的栅极、第一掺杂类型的结区；源极、漏极、栅极及结区位于阱区内。
[0033]图1是一实施例中功率结型场效应管的俯视结构示意图，图2是沿图1中A-A’线的剖视图，图3是沿图1中B-B’线的剖视图，图4是沿图1中C-C’线的剖视图。请一并参看图1?图4，在本实施例中，第一掺杂类型为P型，第二掺杂类型为N型，衬底110为P-硅衬底。埋层区包括N型埋层112和沿X轴方向位于N型埋层112外侧(即图1中的右侧)的P型埋层114。阱区包括沿Z轴方向位于N型埋层112上方的N阱122(图1中用虚线框表示)，和沿Z轴方向位于P型埋层114上方且位于N型埋层112沿X轴方向外侧、沿Z轴方向上方的P阱124 (图1中用点组成的线表示)。请参看图1，其中N阱122包括图中左侧位于N型埋层112上方的部分和右侧位于P型埋层114上方的部分，均用虚线框表示。结区为多条沿Y轴方向延伸的P-条形结构144，该多条条形结构144沿X轴方向间隔排列且被N阱122分隔开。漏极151位于N阱122内且位于X轴方向最内侧的(即图1中最左边)一条条形结构144内侧。源极153位于N阱122内且位于X轴方向最外侧的一条条形结构144外侧。栅极155位于P阱124内且位于源极153沿X轴方向内侧。N阱122位于P型埋层114沿Z轴方向正上方的部分与P阱124在Y轴方向上呈交错的叉指排列，该叉指状宽度为w的N阱122作为电流通道区。
[0034]上述功率结型场效应管，N型埋层112与P型埋层114形成X轴方向的耐压区；靠近漏极151的一侧是高压降低表面电场区域(HV RESURF Reg1n)，N阱122与P-条形结构144在Z轴方向上形成耐压区；在靠近源极153 —侧，N阱122与P阱124在X轴方向上形成耐压区，P型埋层114和P阱124将源极153和N阱122叉指状的部分(电流通道区)从前、后(即图3中Y轴方向)、下三个方向包围。当电流通道区被P型埋层114和P阱124从三个方向耗尽后，该功率结型场效应管即被夹断，达到设计目的，但前提是通过图1中左侧的N型埋层112与P型埋层114耐受住从漏极151引入的高压，而后降压进入靠近源极153一侧。也就是说，当漏极151瞬间外加高压时，通过多重降低表面电场(Mult1-RESURF)的作用，HV RESURF Reg1n中的P-条形结构144将承担大部分高压，同时图1中右侧的N+源极153,N阱122与P+栅极155、P阱124、P型埋层114形成三维形态的耗尽，从漏极151至源极153电势均匀降落至低电位，从而实现器件的高压阻断特性(可实现700V的高压阻断)。
[0035]Vgs为OV时，功率结型场效应管本身特性允许电流流过，并在源极153寄生电阻上形成压降。随着电流增大，Vgs逐渐降为负，开始通过P+/P阱124与P型埋层114形成的栅极区在横向(图1中X轴方向)和纵向(图1中Z轴方向)逐渐耗尽N阱122形成的电流通道，电流变小进而影响压降变小，当压降与电流形成平衡，夹断电压趋于稳定，实现恒流功能。
[0036]此外，上述功率结型场效应管的结构非常易于scaling (器件设计时的等比例变化)，只需在外围增加数条相同宽度的叉指状N阱122作为电流通道即可。增加之后可以获得更大电流，易实现恒流源及自启动模块的功能。
[0037]因此，上述功率结型场效应管在源极153引入叉指状的电流通道(N阱)及栅极区，通过P阱124及P型埋层114对N阱122进行横向及纵向耗尽，实现三维的RESURF效果，达到了保证高击穿电压的同时，夹断电压仍维持较低水平的目的。叉指状的电流通道通过Triple RESURF增大纵向、横向耗尽，电势分布更均匀，可以获得较低夹断电压。叉指状的电流通道有相同的夹断电压，通过源极153的引出以及三维的RESURF效果可以增加N阱122的掺杂浓度，从而在确保较低夹断电压的同时相应提升电流驱动能力，使得电流驱动能力不再受限于夹断电压。降低了自偏压的实现难度，在实现较高阻断电压、高电流驱动能力的同时，能够保证较小夹断电压，提高了导通状态下的驱动电流。通过适当的器件结构及版图设计，能很好地实现大电流密度，有助于实现功率器件的恒流模块功能。
[0038]在其中一个实施例中，第一掺杂类型阱和第二掺杂类型阱内均设有与阱的掺杂类型相同的浓度过渡区，源极、漏极、栅极分别设于各自的浓度过渡区内。例如，N+源极设于N阱内的N型浓度过渡区内，N+漏极设于N阱内的N型浓度过渡区内，P+栅极设于P阱内的P型浓度过渡区内。P阱、N阱 P型埋层及N型埋层的掺杂浓度大于衬底的掺杂浓度，各浓度过渡区的掺杂浓度大于阱区的掺杂浓度，源极、漏极、栅极的掺杂浓度大于各自所在的浓度过渡区的掺杂浓度。在其中一个实施例中，P-衬底I1的掺杂浓度为l*14/cm3?1*15/cm3,埋层的掺杂浓度为l*17/cm3?l*18/cm3,讲区的掺杂浓度为l*16/cm3?l*17/cm3,浓度过渡区的掺杂浓度为l*17/cm3?l*18/cm3，源极、漏极、栅极的掺杂浓度为l*20/cm3?1*21/cm3。
[0039]为了简化设计，各P-条形结构144可以为等宽、等距的结构。也可以为图1所示的沿X轴方向由内向外各P-条形结构144宽度逐渐增大、间距逐渐减小的结构，以期获得更好的降压效果。
[0040]本发明还提供一种圆型功率结型场效应管。本说明书和权利要求书中的“圆型”，是指横截面是圆形或类似的闭合形状，例如椭圆形、体育场的跑道型等。圆型功率结型场效应管包括第一掺杂类型的衬底，衬底上的埋层区，埋层区上的阱区，以及第二掺杂类型的源极、第二掺杂类型的漏极、第一掺杂类型的栅极、第一掺杂类型的结区；源极、漏极、栅极及结区位于阱区内。
[0041]图5是一实施例中圆型功率结型场效应管的俯视图。在该实施例中，器件的横截面为圆形，第一掺杂类型为P型，第二掺杂类型为N型。埋层区包括N型埋层212和位于N型埋层212外侧的P型埋层214，阱区包括位于N型埋层212上方的N阱222 (图1中用虚线圈表示)，和位于P型埋层214上方且位于N型埋层212外侧上方的P阱224。结区为多条同心的P-环状结构244且被N阱222分隔开。漏极251位于圆型功率结型场效应管的圆心处。源极253位于N讲222内且位于最外侧的一条环状结构244外侧。栅极255位于P阱224内且位于源极253内侧。N阱222位于P型埋层214正上方的部分与P阱224在垂直于径向的水平方向上呈交错的叉指排列。
[0042]圆型功率结型场效应管在scaling时可以更方便灵活地伸缩器件宽度，同时降低条形结构的拐角电场聚集，一定程度上更容易得到广泛应用。
[0043]在其中一个实施例中，第一掺杂类型阱和第二掺杂类型阱内均设有与阱的掺杂类型相同的浓度过渡区，源极、漏极、栅极分别设于各自的浓度过渡区内。例如，N+源极设于N阱内的N型浓度过渡区内，N+漏极设于N阱内的N型浓度过渡区内，P+栅极设于P阱内的P型浓度过渡区内。P阱、N阱、P型埋层及N型埋层的掺杂浓度大于衬底的掺杂浓度，各浓度过渡区的掺杂浓度大于阱区的掺杂浓度，源极、漏极、栅极的掺杂浓度大于各自所在的浓度过渡区的掺杂浓度。在其中一个实施例中，P-衬底I1的掺杂浓度为l*14/cm3?1*15/cm3,埋层的掺杂浓度为l*17/cm3?l*18/cm3,讲区的掺杂浓度为l*16/cm3?l*17/cm3,浓度过渡区的掺杂浓度为l*17/cm3?l*18/cm3，源极、漏极、栅极的掺杂浓度为l*20/cm3?1*21/cm3。
[0044]为了简化设计，各P-环状结构244可以为等宽、等距的结构。也可以为由内向外的各P-环状结构244宽度逐渐增大、间距逐渐减小的结构，以期获得更好的降压效果。
[0045]图6是一实施例中功率结型场效应管的制造方法的流程图，其不仅适用于图1所示结构的功率结型场效应管，也适用于图5所示的圆型功率结型场效应管。功率结型场效应管的制造方法包括下列步骤:
[0046]S310，提供第一掺杂类型的衬底。
[0047]在本实施例中，第一掺杂类型是P型，第二掺杂类型是N型，本步骤为提供P-硅衬
。
[0048]S320，注入第一掺杂类型和第二掺杂类型的杂质离子，推阱后形成埋层区。
[0049]埋层区包括第一掺杂类型埋层和第二掺杂类型埋层，第一掺杂类型埋层位于第二掺杂类型埋层的外侧。
[0050]S330，外延形成第一掺杂类型的外延层。
[0051]图7是步骤S330完成后器件的剖视图，图中示出了 P-衬底110、N型埋层112、P型埋层114以及外延层120。在图7中，前述外侧即图中的右侧。在本实施例中，外延层120的掺杂浓度略高于衬底110的掺杂浓度。
[0052]S340,向外延层内注入第一掺杂类型和第二掺杂类型的杂质离子，推阱成结后形成位于埋层区上方的阱区。
[0053]阱区包括第一掺杂类型阱和第二掺杂类型阱，第一掺杂类型阱和第二掺杂类型阱的掺杂浓度大于衬底的掺杂浓度，第二掺杂类型阱位于第二掺杂类型埋层上方，第一掺杂类型阱位于第一掺杂类型埋层上方且位于第二掺杂类型埋层外侧上方。图8a和图Sb是步骤S340完成后器件的剖视图，其中图8a为沿图1中B-B’线剖切，图8b为沿图1中C-C’线剖切。在本实施例中，第一掺杂类型阱即P阱124，第一掺杂类型阱即N阱122。N阱122和P阱124的掺杂浓度大于衬底110的掺杂浓度。
[0054]S350,向阱区内注入第一和第二掺杂类型的杂质离子，通过推阱进行热扩散，形成结区和浓度过渡区。
[0055]经推阱等热过程增强扩散后形成浓度过渡区的作用是为阱区和源/漏/栅极提供一个浓度过渡，从而形成浓度梯度缓变的PN结。后续的步骤中，源极、漏极及栅极是形成于各自的浓度过渡区内的，因此本步骤中浓度过渡区形成于预定要注入形成源/漏/栅极的位置。浓度过渡区的掺杂浓度大于其位于的阱区的掺杂浓度。
[0056]结区可以是如图1所示的多条沿Y轴方向延伸的条形结构，该多条条形结构沿X轴方向间隔排列且被N阱分隔开；也可以是图5所示的多条同心的环状结构，该多条环状结构被N阱分隔开。图9a和图9b是步骤S350完成后器件的剖视图，其中图9a为沿图1中B-B’线剖切，图9b为沿图1中C-C’线剖切。图9a和图9b中未示出浓度过渡区。
[0057]S360,向浓度过渡区内注入第一和第二掺杂类型的杂质离子，分别形成源极、漏极、栅极。
[0058]源极位于第二掺杂类型阱内，漏极位于第二掺杂类型阱内，栅极位于第一掺杂类型阱内。同时，源/漏/栅极位于各自的浓度过渡区内。
[0059]步骤S360完成后器件的剖视图如图3和图4所示。其中源极153、漏极151及栅极155的掺杂浓度均大于其位于的浓度过渡区的掺杂浓度。注入完成后还需要进行退火并完成后段工艺，形成完整的器件结构，从而实现纵向(Z轴方向)结的底部垂直耐压和横向(X轴方向)PN柱面结耐压。
[0060]在其中一个实施例中，P-衬底110的掺杂浓度为l*14/cm3?l*15/cm3，埋层的掺杂浓度为l*17/cm3?l*18/cm3，阱区的掺杂浓度为l*16/cm3?l*17/cm3，过渡区的掺杂浓度为l*17/cm3?l*18/cm3,源极、漏极、栅极的掺杂浓度为l*20/cm3?l*21/cm3。
[0061]以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权 利要求为准。
【主权项】
1.一种功率结型场效应管，其特征在于，包括第一掺杂类型的衬底，三维坐标系中沿Z轴方向位于所述衬底上方的埋层区，沿Z轴方向位于所述埋层区上方的阱区，以及第二掺杂类型的源极、第二掺杂类型的漏极、第一掺杂类型的栅极、第一掺杂类型的结区；所述源极、漏极、栅极及结区位于所述阱区内，所述埋层区包括第二掺杂类型埋层和沿X轴方向位于第二掺杂类型埋层外侧的第一掺杂类型埋层，所述阱区包括沿Z轴方向位于所述第二掺杂类型埋层上方的第二掺杂类型阱，和沿Z轴方向位于第一掺杂类型埋层上方且位于第二掺杂类型埋层沿X轴方向外侧、沿Z轴方向上方的第一掺杂类型阱，所述结区为多条沿Y轴方向延伸的第一掺杂类型的条形结构，且设于第二掺杂类型阱在第二掺杂类型埋层沿Z轴方向上方的部分内，所述多条条形结构沿X轴方向间隔排列且被所述第二掺杂类型阱分隔开，所述漏极位于第二掺杂类型阱内且位于X轴方向最内侧的一条条形结构内侧，所述源极位于第二掺杂类型阱内且位于X轴方向最外侧的一条条形结构外侧，所述栅极位于所述第一掺杂类型阱内且位于源极沿X轴方向内侧；所述第二掺杂类型阱位于所述第一掺杂类型埋层沿Z轴方向正上方的部分与第一掺杂类型阱在Y轴方向上呈交错的叉指排列；所述第一掺杂类型和第二掺杂类型的导电类型相反。2.根据权利要求1所述的功率结型场效应管，其特征在于，所述第一掺杂类型阱和第二掺杂类型阱内均设有与阱的掺杂类型相同的浓度过渡区，所述源极、漏极、栅极分别设于各自的浓度过渡区内。3.根据权利要求2所述的功率结型场效应管，其特征在于，所述阱区和埋层的掺杂浓度大于所述衬底，各浓度过渡区的掺杂浓度大于所述阱区，所述源极、漏极及栅极的掺杂浓度大于各自所在的浓度过渡区。4.根据权利要求1所述的功率结型场效应管，其特征在于，所述多条条形结构沿X轴方向由内向外宽度逐渐增大、间距逐渐减小。5.根据权利要求1-4中任意一项所述的功率结型场效应管，其特征在于，所述第一掺杂类型为P型，所述第二掺杂类型为N型，所述第一掺杂类型的衬底为P-衬底，所述第一掺杂类型埋层为P型埋层，所述第二掺杂类型埋层为N型埋层，所述第一掺杂类型阱为P阱，所述第二掺杂类型阱为N阱，所述条形结构为P-条，所述源极为N+源极，所述漏极为N+漏极，所述栅极为P+栅极。6.一种圆型功率结型场效应管，其特征在于，包括第一掺杂类型的衬底，所述衬底上的埋层区，所述埋层区上的阱区，以及第二掺杂类型的源极、第二掺杂类型的漏极、第一掺杂类型的栅极、第一掺杂类型的结区；所述源极、漏极、栅极及结区位于所述阱区内，所述埋层区包括第二掺杂类型埋层和位于第二掺杂类型埋层外侧的第一掺杂类型埋层，所述阱区包括位于第二掺杂类型埋层上方的第二掺杂类型阱，和位于第一掺杂类型埋层上方且位于第二掺杂类型埋层外侧上方的第一掺杂类型阱，所述结区为多条同心的第一掺杂类型的环状结构，设于第二掺杂类型阱在第二掺杂类型埋层上方的部分内且被所述第二掺杂类型阱分隔开，所述漏极位于圆型功率结型场效应管的圆心处，所述源极位于第二掺杂类型阱内且位于最外侧的一条环状结构外侧，所述栅极位于所述第一掺杂类型阱内且位于源极内侧；所述第二掺杂类型阱位于所述第一掺杂类型埋层正上方的部分与第一掺杂类型阱在垂直于径向的水平方向上呈交错的叉指排列；所述第一掺杂类型和第二掺杂类型的导电类型相反。7.根据权利要求6所述的圆型功率结型场效应管，其特征在于，所述第一掺杂类型阱和第二掺杂类型阱内均设有与阱的掺杂类型相同的浓度过渡区，所述源极、漏极、栅极分别设于各自的浓度过渡区内。8.根据权利要求7所述的圆型功率结型场效应管，其特征在于，所述阱区和埋层的掺杂浓度大于所述衬底，各浓度过渡区的掺杂浓度大于所述阱区，所述源极、漏极及栅极的掺杂浓度大于各自所在的浓度过渡区。9.根据权利要求6所述的圆型功率结型场效应管，其特征在于，所述多条环状结构内向外宽度逐渐增大、间距逐渐减小。10.根据权利要求6-9中任意一项所述的圆型功率结型场效应管，其特征在于，所述第一掺杂类型为P型，所述第二掺杂类型为N型，所述第一掺杂类型的衬底为P-衬底，所述第一掺杂类型埋层为P型埋层，所述第二掺杂类型埋层为N型埋层，所述第一掺杂类型阱为P阱，所述第二掺杂类型阱为N阱，所述环状结构为P-环，所述源极为N+源极，所述漏极为N+漏极，所述栅极为P+栅极。11.一种功率结型场效应管的制造方法，包括下列步骤: 提供第一掺杂类型的衬底； 分别注入第一掺杂类型和第二掺杂类型的杂质离子，推阱后形成埋层区；所述埋层区包括第一掺杂类型埋层和第二掺杂类型埋层，所述第一掺杂类型埋层和第二掺杂类型埋层的掺杂浓度均大于所述衬底，所述第一掺杂类型埋层位于所述第二掺杂类型埋层的外侧； 外延形成第一掺杂类型的外延层； 向所述外延层内分别注入第一掺杂类型和第二掺杂类型的杂质离子，推阱成结后形成位于所述埋层区上方的阱区；所述阱区包括第一掺杂类型阱和第二掺杂类型阱，所述第一掺杂类型阱和第二掺杂类型阱的掺杂浓度大于所述衬底，所述第二掺杂类型阱位于第二掺杂类型埋层上方，所述第一掺杂类型阱位于第一掺杂类型埋层上方且位于第二掺杂类型埋层外侧上方； 向所述阱区内注入第一掺杂类型和第二掺杂类型的杂质离子，通过推阱进行热扩散，在所述第二掺杂类型阱内形成第一掺杂类型的结区，在预定要注入形成源极、漏极和栅极的位置分别形成浓度过渡区；所述浓度过渡区的掺杂浓度大于其位于的阱区的掺杂浓度； 向所述浓度过渡区内注入第一掺杂类型和第二掺杂类型的杂质离子，分别形成第二掺杂类型的源极、第二掺杂类型的漏极、第一掺杂类型的栅极；所述源极、漏极及栅极的掺杂浓度均大于其位于的浓度过渡区的掺杂浓度，所述源极位于第二掺杂类型阱内，所述漏极位于第二掺杂类型阱内，所述栅极位于第一掺杂类型阱内。12.根据权利要求11所述的功率结型场效应管的制造方法，其特征在于，所述第一掺杂类型为P型，所述第二掺杂类型为N型，所述第一掺杂类型的衬底为P-衬底，所述第一掺杂类型埋层为P型埋层，所述第二掺杂类型埋层为N型埋层，所述第一掺杂类型阱为P阱，所述第二掺杂类型阱为N阱，所述结区为P-结，所述源极为N+源极，所述漏极为N+漏极，所述栅极为P+栅极。
【专利摘要】本发明涉及一种功率结型场效应管，包括P型衬底，位于衬底上方的埋层区，位于埋层区上方的阱区，以及N型的源极漏极、P型的栅极、结区；源极、漏极、栅极及结区位于阱区内，埋层区包括N型埋层和位于N型埋层外侧的P型埋层，阱区包括位于N型埋层上方的N阱，和位于P型埋层上方且位于N型埋层外侧上方的P阱，结区为多条间隔排列且被N阱分隔开的条形结构，漏极位于N阱内且位于最内侧的一条条形结构内侧，源极位于N阱内且位于最外侧的一条条形结构外侧，N阱位于P型埋层正上方的部分与P阱呈交错的叉指排列。本发明还涉及一种圆型功率结型场效应管和功率结型场效应管的制造方法。本发明确保低夹断电压的同时可获得大电流驱动能力及高耐压。
【IPC分类】H01L29/78, H01L29/08, H01L21/336
【公开号】CN104900695
【申请号】CN201410075476
【发明人】祁树坤
【申请人】无锡华润上华半导体有限公司
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2014年3月3日
最新回复(0)