本申請涉及半導體,具體涉及一種功率器件布局結構及其制造方法。
背景技術:
1、目前主流功率器件通常采用多個元胞并聯以降低導通電阻,但并聯元胞數量的增加會導致芯片面積增大和成本上升。為了在相同面積下降低成本并獲得較低的導通電阻,提高器件的溝道密度成為關鍵。在相同制造工藝下,器件的總溝道寬度是決定導通電阻的重要因素。
2、元胞及其布局的不同直接影響器件內的溝道密度,通過計算發現,傳統條形布局的溝道密度低,而方形、田字形、品字形、h形及六角最密堆積布局則能有效提高溝道密度,從而降低導通電阻,但這些布局仍然存在改進空間。此外,此類布局增加了柵極數量,導致柵漏電容急劇增大,進而降低了器件的高頻特性。
3、中國發明專利cn108899319b公開了一種增加vdmos溝道密度的布圖結構和布圖方法,該布圖結構包括沿第一方向和第二方向重復排列的多個元胞:?每個元胞可包括:第一溝槽柵、第二溝槽柵、第三溝槽柵和接觸孔;其中在重復排列的結構中,每個元胞的第二溝槽柵與在第一方向上相鄰一個元胞的第一溝槽柵為相互重合的同一溝槽柵;也就是說,實質上重復結構可以認為是包括:第一溝槽柵、第三溝槽柵和接觸孔。該發明可調節空間小,溝道密度較小,電容值大。
4、中國發明專利cn109698229b公開了一種半導體功率元件,包括有n型漂移層;復數個設置在該n型漂移層的第一p型摻雜區域,該第一p型摻雜區域包括一第一p型摻雜部以及復數個自該第一p型摻雜部向外延伸的第一p型摻雜支臂;復數個設置在該第一p型摻雜區域內的n型摻雜區域,該n型摻雜區域包括對應于該一第一p型摻雜部的n型摻雜部以及對應于所述第一p型摻雜支臂的復數個自該n型摻雜部向外延伸的n型摻雜支臂。該發明雖然增大了溝道密度,但電容值較大。
5、美國專利us11018228公開了一種碳化硅半導體器件,包括漂移層、第一摻雜區、第二摻雜區、多個第三摻雜區、柵極絕緣層、柵電極和源電極。通過特定的結構設計,如第一摻雜區的多個腿部和臂部,以及第二摻雜區的多個源極部分和臂部,可以顯著提高器件的溝道寬度密度,從而降低溝道電阻,改善器件性能。該發明支撐臂對齊,可調節空間小,且電容值較大。
技術實現思路
1、為了有助于解決上述技術問題,本申請提供一種功率器件布局結構及其制造方法。
2、第一方面,本申請提供了一種功率器件布局結構,采用如下的技術方案:
3、一種功率器件布局結構,其中,所述功率器件布局結構包括沿第一方向和第二方向重復排列的多個元胞,所述元胞包括:
4、p型阱區摻雜區,包括第一輔助臂、第二輔助臂、第一主島部分、第二主島部分、第一輔助支臂組和第二輔助支臂組,每個元胞的第一主島部分與在第一方向上相鄰的元胞的第一輔助臂連接,每個元胞的第一輔助臂與在第二方向上相鄰一個元胞的第一輔助臂為相互重合的同一輔助臂,第一輔助支臂組與在第二方向上相鄰的第二輔助支臂組為同一輔助支臂組,所述第一方向為垂直所述第一輔助臂的方向,所述第二方向為平行所述第一輔助臂的方向;
5、n型重摻雜區,所述n型重摻雜區設置在所述p型阱區摻雜區內;
6、p型重摻雜區,所述p型重摻雜區設置在所述第一主島部分和所述第二主島部分內;
7、jfet區摻雜區,所述第一輔助臂和第二輔助臂之間為所述jfet區摻雜區;
8、柵極和源極通孔,所述柵極為分裂柵結構,覆蓋在所述jfet區摻雜區、所述p型阱區摻雜區和所述n型重摻雜區的邊緣或全部的上方,所述分裂柵結構的分裂間距h,h大于等于0。
9、優選的,所述分裂間距h大于等于1um且小于等于5um。
10、優選的,所述第一主島部分的一端連接所述第一輔助臂,另一端連接所述第一輔助支臂組,所述第二主島部分設置在所述第一輔助臂和所述第一輔助支臂組之間,所述第二主島部分的一端連接所述第二輔助臂,所述第一輔助支臂組和所述第二輔助支臂組對稱設置在所述第二主島部分的兩側。
11、優選的,所述第一輔助臂和所述第二輔助臂均為長條形,所述p型阱區摻雜區相對所述n型重摻雜區延伸出溝道,所述p型重摻雜區設置在所述第一主島部分和所述第二主島部分的中間區域,所述源極通孔設置在所述p型阱區摻雜區的上方且與所述n型重摻雜部分重疊,并且與所述柵極存在源柵距離d,所述源柵距離d大于等于0.2um且小于等于1um。
12、優選的,所述第一主島部分和所述第二主島部分的寬度均為c且通過以下方式計算:
13、c=e+2d+2f,其中e為源極通孔的寬度,d為所述源柵距離,f為所述柵極覆蓋所述p型阱區摻雜區的寬度;
14、所述第一主島部分和所述第二主島部分的長度均為g且通過以下方式計算:
15、g=n×b+(n+1)×a,其中n為大于等于1的整數,b為所述p型阱區摻雜區的寬度,所述第一輔助臂與所述第二輔助臂的距離、所述第一主島部分與所述第二輔助臂的距離、所述第一輔助支臂組與所述第二主島部分的距離、所述第二輔助支臂組與所述第二主島部分的距離均為a。
16、優選的,所述第一輔助支臂組包括一個第一輔助支臂,所述第二輔助支臂組包括一個第二輔助支臂。
17、優選的,所述第一輔助支臂組包括兩個平行的第一輔助支臂,所述第二輔助支臂組包括兩個平行的第二輔助支臂。
18、優選的,所述第一輔助支臂組包括一個第一輔助支臂,所述第二輔助支臂組包括兩個平行的第二輔助支臂,所述第二主島部分靠近所述第一主島部分的一側連接有第三輔助支臂。
19、第二方面,本申請提供一種如前述第一方面中任一項所述的功率器件布局結構的制造方法,采用如下的技術方案:
20、一種如前述第一方面中任一項所述的功率器件布局結構的制造方法,其中,所述制造方法包括:
21、提供一晶圓,包括一襯底和n型漂移層;
22、對晶圓進行摻雜,分別進行p型阱區摻雜、n型重摻雜和p型重摻雜;
23、對已摻雜晶圓進行高溫退火;
24、在晶圓之上形成氧化層、多晶硅柵極層和層間介質層;
25、形成源極通孔層和金屬硅化物層;
26、沉積頂層金屬及互層完成器件制造。
27、優選的,對晶圓進行摻雜,分別進行p型阱區摻雜、n型重摻雜和p型重摻雜,包括:進行jfet區摻雜。
28、綜上所述,本申請提供一種功率器件布局結構及其制造方法,有效解決了平面型功率器件溝道密度較低的技術問題;通過提供一種新的元胞布局結構,可以在相同面積內實現較大的溝道總寬度,即增加溝道密度的同時又不增加太多的柵漏電容;可依據器件應用需求靈活的調整輔助臂的寬度,從而選擇是否采用分裂柵的形式來降低柵漏電容,增加輔助臂的長度或個數來增加溝道密度;可較好的做到增加較多的溝道密度的同時增加較少的柵漏電容的技術效果。
1.一種功率器件布局結構,其特征在于,所述功率器件布局結構包括沿第一方向和第二方向重復排列的多個元胞,所述元胞包括:
2.根據權利要求1所述的功率器件布局結構,其特征在于,所述分裂間距h大于等于1um且小于等于5um。
3.根據權利要求1所述的功率器件布局結構,其特征在于,所述第一主島部分的一端連接所述第一輔助臂,另一端連接所述第一輔助支臂組,所述第二主島部分設置在所述第一輔助臂和所述第一輔助支臂組之間,所述第二主島部分的一端連接所述第二輔助臂,所述第一輔助支臂組和所述第二輔助支臂組對稱設置在所述第二主島部分的兩側。
4.根據權利要求3所述的功率器件布局結構,其特征在于,所述第一輔助臂和所述第二輔助臂均為長條形,所述p型阱區摻雜區相對所述n型重摻雜區延伸出溝道,所述p型重摻雜區設置在所述第一主島部分和所述第二主島部分的中間區域,所述源極通孔設置在所述p型阱區摻雜區的上方且與所述n型重摻雜部分重疊,并且與所述柵極存在源柵距離d,所述源柵距離d大于等于0.2um且小于等于1um。
5.根據權利要求4所述的功率器件布局結構,其特征在于,所述第一主島部分和所述第二主島部分的寬度均為c且通過以下方式計算:
6.根據權利要求5所述的功率器件布局結構,其特征在于,所述第一輔助支臂組包括一個第一輔助支臂,所述第二輔助支臂組包括一個第二輔助支臂。
7.根據權利要求5所述的功率器件布局結構,其特征在于,所述第一輔助支臂組包括兩個平行的第一輔助支臂,所述第二輔助支臂組包括兩個平行的第二輔助支臂。
8.根據權利要求5所述的功率器件布局結構,其特征在于,所述第一輔助支臂組包括一個第一輔助支臂,所述第二輔助支臂組包括兩個平行的第二輔助支臂,所述第二主島部分靠近所述第一主島部分的一側連接有第三輔助支臂。
9.一種如權利要求1至8中任一項所述的功率器件布局結構的制造方法,其特征在于,所述制造方法包括:
10.根據權利要求9所述的制造方法,其特征在于,對晶圓進行摻雜,分別進行p型阱區摻雜、n型重摻雜和p型重摻雜,包括:進行jfet區摻雜。