[发明专利]一种具有网状外延结构的超结MOSFET

说明书

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，特别涉及一种具有网状外延结构的超结MOSFET。

背景技术

半导体领域内，以垂直双扩散工艺形成的纵向MOSFET（Metal-Oxide-SemiconductorField-EffectTransistor，金氧半场效晶体管）称为VDMOSFET，简称VDMOS。对于传统的VDMOS，一般通过增大外延层厚度和降低外延层掺杂浓度的方式提高击穿电压。然而，随着击穿电压的增加，这种方式会使外延层电阻显著的提高。如图1所示,超结MOSFET(SJ-MOSFET)通过在外延层内加入交替的P-N结构，使器件处于阻断状态时，外延层内的纵向电场几乎为恒值，这使器件的导通电阻对击穿电压的依赖关系大大降低，从而降低器件的通态损耗。因此，该结构在高击穿电压的器件中得到广泛的应用。

然而在空间环境中存在持续不断的重离子辐射，当重离子轰击到硅片表面后，在其运动路径上会产生大量的电子空穴对。以N沟道SJ-MOSFET为例，当处于阻断状态时，其体内电场如图2所示，硅片受到轰击后，电子空穴对中的电子会从漏极流出，而空穴会在空间电场的作用下向阱区及栅介质层表面下方流动。一方面，当流入阱区的空穴电流过大，使阱区与源掺杂区结表面压降超过0.7V时，源掺杂区-阱区-外延层组成的寄生三极管将开启，在外部条件允许的前提下，该寄生三极管会发生二次击穿，使电流密度过度集中导致器件发生单粒子烧毁（SEB）。另一方面，若过多的空穴堆积在Si/SiO2界面处，则等效于在栅介质层上附加一个瞬态电场，导致栅介质层内电场超过临界击穿电场，发生栅介质层击穿，即发生单粒子栅穿（SEGR）。这两种现象都会使SJ-MOSFET失效，统称为器件的单粒子效应。如图2所示，基本SJ-MOSFET电场分布图，可以看出漂移区内PN结处水平电场最强，越靠近N柱中心，水平电场越弱，N柱中心处水平电场为0。当电子空穴对产生在PN结附近时，空穴电流会沿着横向电场迅速的流入P柱，随后从P柱中心区域向表面流动，直至流出源极，这个过程不会引起单粒子效应的发生。如图3所示，当电子空穴对产生在N柱中线附近时，空穴受到的横向电场大大减弱，空穴电流将直接从N柱中心区域流至栅介质层下方，使器件发生单粒子效应。

传统的抑制VDMOS单粒子效应的方法在SJ-MOSFET上效果并不理想，尤其是应用于航天环境中，其对单粒子效应的抑制能力明显较弱。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种提高超结MOSFET抗单粒子效应的能力的超结MOSFET结构。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种具有网状外延结构的超结MOSFET，包括：衬底、网状外延层、阱区、结型场效应管JFET区、栅介质层、多晶硅栅极、隔离介质层、金属源电极以及金属漏电极；所述网状外延层生长在所述衬底上；所述阱区与所述结型场效应管JFET区相间生长在所述网状外延层顶部；所述栅介质层覆盖在所述阱区与所述结型场效应管JFET区顶部；所述多晶硅栅极覆盖在所述栅介质层上；所述隔离介质层覆盖所述多晶硅栅极顶部；所述金属源电极覆盖所述隔离介质层；所述金属漏电极位于所述衬底底部。

进一步地，所述网状外延层包括：交叠层；所述网状外延层由多层交叠层堆叠而成；所述交叠层包括：第一导电类型条形结构与第二导电类型条形结构；多个所述第一导电类型条形结构与多个所述第二导电类型条型结构相间排列。

进一步地，所述相邻两层交叠层的第一导电类型条型结构或第二导电类型条型结构的夹角α范围为：0°～90°。

进一步地，第n层交叠层与第n+（180/α）层交叠层中相同导电类型的条型结构平行；其中n与n+（180/α）为大于等于1的自然数。

进一步地，第n层交叠层与第n+（180/α）层交叠层中相同导电类型的条型结构的中心轴线在水平方向上的距离范围是0到二分之一个元胞宽度；其中n与n+（180/α）为大于等于1的自然数。

进一步地，每层交叠层的厚度范围是0.5um～20um。

进一步地，每层交叠层的第一导电类型条型结构和第二导电类型条型结构的宽度范围是0.2um～20um。

进一步地，所述交叠层的层数至少为三层。

进一步地，所述第一导电类型条型结构和所述第二导电类型条型结构的掺杂浓度范围是：1×10¹⁴～1×10¹⁸。