功率结型场效应管及其制造方法_2

文档序号:8923977阅读:来源:国知局
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
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