专利名称：一种n沟道中压大电流vdmos器件结构的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种N沟道中压大电流垂直双扩散金属-氧化物-半导体 (VDMOS)场效应晶体管结构，属于半导体功率电子器件领域。
背景技术：
VDMOS场效应晶体管是一种新型功率半导体器件，广泛应用于汽车电子、电动车、 冰箱、电子镇流器、逆变焊机等工业和民用产品。经过三十多年的发展，VDMOS技术已演变 至第八代，其性能不断提升，主要体现在管芯面积日趋缩小、功耗持续降低、可靠性不断提 高。导通电阻与栅电容的优化一直是研究重点，与器件功耗和可靠性密切相关，由此也产生 了诸多新结构和新工艺，其中最具代表性的是基于U型槽栅工艺的TrenchMOS和基于超结 (Superjunction)结构的CoolMOS。这两类新结构/工艺器件的产生，使器件导通电阻降低 了若干倍，显著拓展了 VDMOS的应用领域。TrenchMOS将栅电极制作在U型槽中，沟道电流竖直输运，至末端后以漂移方式经 过N-外延层，最后被漏极吸收。因此，TrenchMOS从结构上消除了平面型VDMOS器件固有 的JFET区域，这部分电阻不复存在，而且由于沟道区和积累层区域都位于竖直方向，元胞 横向尺寸得以大幅缩小，单位面积内的元胞数量更多，所以其导通电阻远小于平面型器件。 不过，由于U型槽底部拐角区域容易造成电场集中，所以TrenchMOS通常应用于100V以下 的低电压范围；CoolMOS通过多次外延和注入在N-外延层中形成相间的P型柱和N型柱结 构，使得器件在保持反向击穿电压基本不变的同时，具有比平面型器件更低的导通电阻，在 600V-1200V范围内具有显著的优势。另一方面，CoolMOS工艺复杂，具有相当的难度，目前 只有少数几家国外公司掌握该项技术。在150V 450V的中等电压范围内，主要是通过优 化平面器件结构，以获得较小的导通电阻和大电流输出。本发明即提出一种新型元胞结构 及终端结构，获得了最大额定值为200V/100A的电压、电流特性。
发明内容本实用新型提出了一种N沟道VDMOS元胞和结终端，其目的旨在通过结构优化设 计，得到一种中等电压大功率VDMOS器件。本实用新型的技术方案其特征是包括器件元胞和结终端两个方面，其中器件元 胞包括由四个半圆组成的多晶硅窗口、呈放射状分布的圆弧形沟道区10和积累区13、环形 场氧区，元胞中央为正方形P+注入区，且元胞内接触孔以该正方形为中心呈十字形结构； 主结以外的结终端包括五个场限环和相应的多晶硅场板，最外为一个N+截止环；铝下钝化 层包括非掺杂Si02和掺磷Si02。本实用新型的优点弧形多晶窗口有效增大了沟道宽度，以利于获得大电流输出； 元胞边缘由局域氧化形成的场氧化区域减小了栅电容，有利于降低器件开关损耗；多晶窗 口中心的P+注入有利于提高N+源区下的P-body区杂质浓度，减小其体电阻，有利于提高 器件抗栅锁能力；终端结构设计新颖，有利于获得缓变的电场分布；
附图1是中压大电流VDMOS器件结构的元胞结构示意图。附图2是元胞结构示意图。附图3是图1、图2中的元胞截面示意图。附图4是中压大电流VDMOS器件结终端结构示意图。图中的1是多晶硅窗口、2是正方形、3是元胞内区域、4是环形场氧、5是十字形接 触孔、6是铝下钝化层、7是多晶硅电极、8是F场氧、9是栅氧、10是沟道区、11是源区、12是 P-body区、13是积累区、14是主结、15是B结终端P+环、16是C结终端P+环、17是D结终 端P+环、18是E结终端P+环、19是F结终端P+环、20是N+截止环、21是A场氧、22是B 场氧、23是C场氧、24是D场氧、25是E场氧、26是A多晶硅、27是B多晶硅、28是C多晶 硅、29是D多晶硅、30是E多晶硅、31是F多晶硅、32是G多晶硅、33是H多晶硅。
具体实施方式
对照附图，其结构是包括器件元胞和结终端两个方面，其中器件元胞包括由四个 半圆组成的多晶硅窗口、呈放射状分布的圆弧形沟道区10和积累区13、环形场氧区，元胞 中央为正方形P+注入区，且元胞内接触孔以该正方形为中心呈十字形结构；主结以外的结 终端包括五个场限环和相应的多晶硅场板，最外为一个N+截止环；铝下钝化层包括非掺杂 Si02和掺磷Si02。多晶硅窗口 1为首尾相连的四个半圆组成的封闭区域，各半圆半径为R ;P-注入和 N+注入一侧均以多晶硅窗口为边界。多晶硅窗口 1以内、正方形区域2以外的区域为N+注 入区，高温推进形成源区11 ；多晶硅窗口 1内的十字形区域5为接触孔，横向、纵向长度均 为3R，宽度均为R ；多晶窗口 1以内、十字形区域5以外的部分，以及元胞内区域3、环形场 氧4表面为铝下钝化层6，该铝下钝化层6包括非掺杂LPCVD SiO2和掺磷APCVDSiO2 ；元胞 内钝化层6下依次为多晶硅电极7、F场氧8和栅氧9，其中元胞边界处的栅氧下方为较厚 的F场氧8。五个场限环和相应的多晶硅场板分别为B结终端P+环15、C结终端P+环16、D结 终端P+环17、E结终端P+环18和与其对应的A场氧21、B场氧22、C场氧23、D场氧24、 E场氧25，其中与A场氧21、B场氧22、C场氧23、D场氧24对应设置的有A多晶硅26、B 多晶硅27、C多晶硅28、D多晶硅29，与E场氧25对应设置的有E多晶硅30、F多晶硅31、 G多晶硅32、H多晶硅33。实施例1 多晶窗口 1中，各半圆半径及其中心的正方形2边长R为10微米；十字 形接触孔5横向和纵向长度均为30微米、宽度均为10微米；环形场氧4厚度1. 2微米，宽 度4微米，其内径边长49微米；栅氧9厚度0. 1微米，其上多晶硅7厚度0. 6微米；铝下钝 化层6中非掺杂SiO2厚度0. 5微米，掺磷氧化硅厚度1微米；源区11结深1. 2微米，长度 16微米；P-body区12结深4. 5微米，长度47微米；单个沟道10长度2. 4微米；B结终端 P+环15、C结终端P+环16、D结终端P+环17、E结终端P+环18结深均为4. 5微米、长度 分别为7. 5微米、7. 5微米、7. 5微米、9. 5微米，A场氧21、B场氧22、C场氧23、D场氧24、 E场氧25厚度均为1. 2微米，长度分别为7. 5,8. 5、10. 5、14. 5,66. 5微米，A多晶硅26,B多晶硅27、C多晶硅28、D多晶硅29、E多晶硅30、F多晶硅31、G多晶硅32、H多晶硅33厚 度均为0. 6微米，长度分别为10微米、9微米、9微米、9微米、10微米、6微米、6微米、22微 米，最外的F结终端P+环19结深4. 5微米、N+环20结深1. 2微米，向外延伸至划片槽； 实施例2 多晶窗口 1中，各半圆半径及其中心的正方形2边长R为8微米；十字 形接触孔5横向和纵向长度均为24微米、宽度均为8微米；环形场氧4厚度1. 2微米，宽度 4微米，其内径边长41微米；栅氧9厚度0. 1微米，多晶硅电极7厚度0. 6微米；铝下钝化 层6中非掺杂SiO2厚度0. 5微米，掺磷氧化硅厚度1微米；源区11结深1. 2微米，长度13 微米；P-body区12结深4. 5微米，长度39微米；单个沟道10长度2. 4微米；B结终端P+环 15、C结终端P+环16、D结终端P+环17、E结终端P+环18结深均为4. 5微米、长度分别为 7. 5微米、7. 5微米、7. 5微米、9. 5微米，场氧21、22、23、24、25厚度均为1. 2微米，长度分别 为7. 5,8. 5、10. 5、14. 5,66. 5微米，A多晶硅26、B多晶硅27、C多晶硅28、D多晶硅29、E 多晶硅30、F多晶硅31、G多晶硅32、H多晶硅33厚度均为0. 6微米，长度分别为10微米、 9微米、9微米、9微米、10微米、6微米、6微米、22微米，最外的F结终端P+环19结深4. 5 微米、N+截止环20结深1. 2微米，向外延伸至划片槽。
权利要求一种N沟道中压大电流VDMOS器件结构，其特征是包括器件元胞和结终端两个方面，其中器件元胞包括由四个半圆组成的多晶硅窗口、呈放射状分布的圆弧形沟道区和积累区、环形场氧区，元胞中央为正方形P+注入区，且元胞内接触孔以该正方形为中心呈十字形结构；主结以外的结终端包括五个场限环和相应的多晶硅场板。
2.根据权利要求1所述的一种N沟道中压大电流VDMOS器件结构，其特征是多晶硅窗 口为首尾相连的四个半圆组成的封闭区域，各半圆半径为R ；P-注入和N+注入一侧均以多 晶硅窗口为边界。
3.根据权利要求1所述的一种N沟道中压大电流VDMOS器件结构，其特征是多晶硅窗 口以内、正方形区域以外的区域为N+注入区，高温推进形成源区。
4.根据权利要求1所述的一种N沟道中压大电流VDMOS器件结构，其特征是多晶硅窗 口内的十字形区域为接触孔，横向、纵向长度均为3倍的半圆半径R，宽度均为半圆半径R。
5 根据权利要求1所述的一种N沟道中压大电流VDMOS器件结构，其特征是多晶窗口 以内、十字形区域以外的部分，以及元胞内区域、环形场氧表面为铝下钝化层。
6.根据权利要求1所述的一种N沟道中压大电流VDMOS器件结构，其特征是元胞内钝 化层下依次为多晶硅电极、F场氧和栅氧，其中元胞边界处的栅氧下方为F场氧。
7.根据权利要求1所述的一种N沟道中压大电流VDMOS器件结构，其特征是五个场限 环和相应的多晶硅场板分别为B结终端P+环、C结终端P+环、D结终端P+环、E结终端P+ 环和与其对应的A场氧、B场氧、C场氧、D场氧、E场氧，其中与A场氧、B场氧、C场氧、D场 氧对应设置的有A多晶硅、B多晶硅、C多晶硅、D多晶硅，与E场氧对应设置的有E多晶硅、 F多晶硅、G多晶硅、H多晶硅。
专利摘要本实用新型是一种N沟道中压大电流VDMOS器件结构，其特征是包括器件元胞和结终端两个方面，其中器件元胞包括由四个半圆组成的多晶硅窗口、呈放射状分布的圆弧形沟道区和积累区、环形场氧区，元胞中央为正方形P+注入区，且元胞内接触孔以该正方形为中心呈十字形结构；主结以外的结终端包括五个场限环和相应的多晶硅场板，最外为一个N+截止环；铝下钝化层包括非掺杂SiO2和掺磷SiO2。优点增大了沟道宽度，以利于获得大电流输出；减小了栅电容，降低器件开关损耗；多晶窗口中心的P+注入有利于提高N+源区下的P-body区杂质浓度，减小其体电阻，有利于提高器件抗栅锁能力；终端结构设计新颖，有利于获得缓变的电场分布。
文档编号H01L23/522GK201681941SQ201020113238
公开日2010年12月22日 申请日期2010年2月10日 优先权日2010年2月10日
发明者晋虎, 焦世龙, 翁长羽 申请人:扬州国宇电子有限公司