一种高压MOSFET晶体管终端结构及制备方法技术

本申请涉及一种高压MOSFET晶体管终端结构及制备方法，其中方法包括：衬底层，所述衬底层包括基底和外延层，所述外延层上形成有氧化层，所述氧化层上横向开设有多个掺杂窗口，所述掺杂窗口延伸至所述外延层，多个所述掺杂窗口的尺寸沿远离主结的方向依次变小；横向变掺杂结构，包括形成于外延层内的多个变掺杂分压环，每个所述变掺杂分压环位于每个掺杂窗口处，所述变掺杂分压环底部下方与所述衬底层之间形成多个结深沿远离主结的方向依次变浅的浮空PN结。本申请具有的技术效果是：有助于实现终端结构在保持耐压性的同时保持较小的尺寸，从而有助于改善终端结构所占芯片面积较高的问题。的问题。的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种高压MOSFET晶体管终端结构及制备方法


[0001]本申请涉及的领域，尤其是涉及一种高压MOSFET晶体管终端结构及制备方法。

技术介绍

[0002]目前，高压平面MOSFET晶体管的应用范围基本上都是作为调波开关、同步整流等使用。晶体管的终端结构在平面上环状包围晶体管的有源区，主结位于有源区和终端结构的分界处。由于其工作环境通常为高温高压的恶劣状态，如果晶体管的终端损坏，则会导致晶体管损坏，从而进一步对周围的其他元器件造成损坏。因此，对于终端结构的耐高压性是评估MOS器件的重要参考之一。
[0003]现有高压MOS器件的终端结构一般是通过分压环扩展主结的耗尽区的宽度，使得器件能够承受更高的电压，以提高器件的耐压性，分压环也称场环。当电压过大时，需增加分压环的个数以进一步扩展耗尽区。但随着分压环数量的增加，继续增加分压环的作用会减弱。
[0004]针对上述中的相关技术，专利技术人发现该技术中至少存在以下问题：当由于提高器件的耐压性而增加的分压环数量较多时，会而导致MOS器件终端结构的尺寸过大，使得其所占芯片面积比例过大，会引起源区面积的缩小，而影响器件的导通参数。

技术实现思路

[0005]为了改善终端结构的尺寸过大的问题，本申请提供一种高压MOSFET晶体管终端结构及制备方法。
[0006]第一方面，本申请提供一种高压MOSFET晶体管终端结构，采用如下技术方案：衬底层，所述衬底层包括基底和外延层，所述外延层上形成有氧化层，所述氧化层上横向开设有多个掺杂窗口，所述掺杂窗口延伸至所述外延层，多个所述掺杂窗口的尺寸沿远离主结的方向依次变小；横向变掺杂结构，包括形成于外延层内的多个变掺杂分压环，每个所述变掺杂分压环位于每个掺杂窗口处，所述变掺杂分压环底部下方与所述衬底层之间形成多个结深沿远离主结的方向依次变浅的浮空PN结。
[0007]通过采用上述技术方案，当PN结的反向偏压较高时，会发生由于碰撞电离引发的电击穿，即雪崩击穿。在实际的工艺中形成的PN结的边缘处会形成柱面节和球面结，由于曲面效应，会导致电场集中，雪崩击穿将首先在该区域发生，导致期间的耐压性较低。分压环能够对期间起到分压作用，当加在器件上的电压逐渐增大，主结的耗尽区也逐渐往外扩展，当电压增大到主结的雪崩电压之前，反压环的耗尽区已与主结的耗尽区汇合，从而扩展主结的耗尽区，起到降低耗尽区的曲率，减小电场强度的作用。而因为掺杂窗口的逐渐缩小，使得本方案的分压环为变掺杂分压环，本方案的变掺杂分压环的掺杂量逐渐减小，那么浮空PN结的结深逐渐减小，使得终端结构整体上呈现出具有平面结的特性，而平面结的的击穿电压要远大于曲面结，从而相比与传统的分压环，本方案的变掺杂分压环相比于传统的
分压环提升器件耐压性的效率更高，因此需要较少的变掺杂分压环即可达到大大提高器件耐压性的效果，从而有助于实现终端结构在保持耐压性的同时保持较小的尺寸，从而有助于改善终端结构所占芯片面积较高的问题。
[0008]可选的，所述掺杂窗口包括多个平行设置的平直部沟槽和位于平直部沟槽长度方向的两端的垂直部沟槽，相邻两个掺杂窗口的平直部沟槽之间距离沿远离所述主结的方向依次增大。
[0009]通过采用上述技术方案，相对于传统的分压环技术，本方案由于掺杂窗口的独特设计，使得本方案变掺杂分压环掺杂剂量相比传统的要低。当加压时耗尽区会向PN结掺杂浓度低的方向扩展，且主要向外延层扩展，而本方案向外延扩展的宽度小于传统场限环的耗尽宽度，PN结的P型区域扩展的比传统的耗尽层要宽，这样会减缓N型外延层的耗尽层电场强度。并且，由于本方案变掺杂分压环的掺杂剂量低，结深较深，PN结的柱面结半径更大大，更接近于平面结，当加压时PN结柱面结上的电场集中程度会进一步降低，从而能进一步减缓雪崩之前的电场强度，从而进一步提升耐压。利用结深的差异，减少电场强度的集中，PN的耗尽层展宽不一样，浓度越小，展宽越宽，平直部的间距需要增大。
[0010]可选的，所述垂直部沟槽与所述平直部沟槽的宽度和深度相等。
[0011]通过采用上述技术方案，使得垂直部沟槽和平直部沟槽的宽度和深度一致，可以使得在刻蚀沟槽时，工艺更为简便，而且有助于提高耗尽区扩展时，展宽的一致性。
[0012]可选的，所述平直部沟槽的宽度和所述垂直部沟槽的宽度沿远离所述主结的方向依次变小，所述平直部沟槽的长度加上平直部沟槽两端的垂直部沟槽的宽度等于所述掺杂窗口的总宽度，每个所述掺杂窗口的总宽度相同。
[0013]通过采用上述技术方案，直部沟槽的宽度和垂直部沟槽的宽度逐渐变小，从而实现掺杂窗口的尺寸逐渐变小，扩散后的结深逐步变浅，总的PN结P区剂量变小，加压时PN结向外延层的扩展变小，向PN结P区扩展增加，总宽度一致助于电荷的平衡，从而能够提高终端结构的反压效率，使得终端结构长度短且可靠性高，应用于产品的性价比高。
[0014]可选的，所述氧化层上形成有多个多晶场板，每两个多晶场板间隔一个变掺杂分压环设置。
[0015]通过采用上述技术方案，多晶场板能够起到在耗尽层的N区表面引入负电荷，在P+区表面引入正电荷，这两种电荷产生的电场与原来的电场相反，因此多晶场板能够改善变掺杂分压环环间距的区部强电场，从而有助于进一步提高终端结构的耐压性。
[0016]可选的，所述氧化层上形成有截止环，所述截止环的导电类型与所述变掺杂分压环相反，所述变掺杂分压环位于截止环与主结之间，所述截止环与变掺杂分压环之间在形成有变掺杂末端节，所述氧化层在所述变掺杂末端结处开设有两个掺杂窗口，两个所述掺杂窗口的一条垂直部沟槽相重合并连通。
[0017]通过采用上述技术方案，变掺杂末端节为横向变掺杂机构的末端，能够将变掺杂分压环的电场引入类似的平面PN结，降低终端结构末端的强电场聚集，以减少终端结构末端提前击穿而降低终端结构能够承受的反向击穿电压。而截止环能够在变掺杂末端节将变掺杂分压环的电场引入类似的平面PN结时，使得PN结耗尽区扩展到截止环后会迅速截止，减少了终端结构漏电的可能。
[0018]可选的，所述氧化层上形成有截止环金属场板和源区金属，所述源区金属与所述
主结通过开设在氧化层上的第一接触孔电连接，所述截止环金属场板与所述截止环通过开设在氧化层上的第二接触孔电连接，所述源区金属和截止环金属场板均一端朝向变掺杂分压环的方向延伸。
[0019]通过采用上述技术方案，当PN结反偏时，源区金属和截止环金属场板的电位相对于P型区为高电位，截止环金属场板和有源金属下的氧化层为绝缘介质，高电位的作用使得P型硅表面耗尽，结耗尽区扩展至场板以下区域，表面靠近N+P结位置原有的高电场被分散，从而有助于进一步提高期间终端的耐压性。
[0020]第二方面，本申请提供一种高压MOSFET晶体管终端结构的制备方法，采用如下技术方案：所述方法包括：S1,提供衬底层，在衬底层上生成出氧化层，在氧化层上横向开设多个延伸至外延层的掺杂窗口，多个掺杂窗口的尺寸沿远离主结的方向依次变小；S2，向所述掺杂窗口内注本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高压MOSFET晶体管终端结构，其特征在于，所述结构包括：衬底层(11)，所述衬底层(11)包括基底和外延层(10)，所述外延层(10)上形成有氧化层(9)，所述氧化层(9)上横向开设有多个掺杂窗口，所述掺杂窗口延伸至所述外延层(10)，多个所述掺杂窗口的尺寸沿远离主结(1)的方向依次变小；横向变掺杂结构，包括形成于外延层(10)内的多个变掺杂分压环，每个所述变掺杂分压环位于每个掺杂窗口处，所述变掺杂分压环底部下方与所述衬底层(11)之间形成多个结深沿远离主结(1)的方向依次变浅的浮空PN结。2.根据权利要求1所述的结构，其特征在于，所述掺杂窗口包括多个平行设置的平直部沟槽和位于平直部沟槽长度方向的两端的垂直部沟槽，相邻两个掺杂窗口的平直部沟槽之间距离沿远离所述主结(1)的方向依次增大。3.根据权利要求2所述的结构，其特征在于，所述垂直部沟槽与所述平直部沟槽的宽度和深度相等。4.根据权利要求2所述的结构，其特征在于，所述平直部沟槽的宽度和所述垂直部沟槽的宽度沿远离所述主结(1)的方向依次变小，所述平直部沟槽的长度加上平直部沟槽两端的垂直部沟槽的宽度等于所述掺杂窗口的总宽度，每个所述掺杂窗口的总宽度相同。5.根据权利要求1所述的结构，其特征在于，所述氧化层(9)上形成有多个多晶场板(3)，每两个多晶场板(3)间隔一个变掺杂分压环设置。6.根据权利要求1所述的结构，其特征在于，所述氧化层(9)上形成有截止环(5)，所述截止环(5)的导电类型与所述变掺杂分压环相反，所述变掺杂分压环位于截止环(5)与主结(1)之间，所述截止环(5)与变掺杂分压环之间在形成有变掺杂末端节，所述氧化层(9)在所述变掺杂末端结(6)处开设有两个掺杂窗口，两个所述掺杂窗口的一条垂直部沟槽相重合并连通。7.根据权利要求6所述的结构，其特征在于，所述氧化层(9)上形成有截止环金属场板(4)和源区金属(8)，所述源区金属(8)与所述主结(1)通过开设在氧化层(9)上的第一接触孔电连接，所述截止环金属场板(4)与所述截...

【专利技术属性】
技术研发人员：江子标，刘贺，
申请(专利权)人：江苏铨力半导体有限公司，
类型：发明
国别省市：