TWM516231U

Vertical power MOSFET including planar channel

Abstract

A power MOSFET cell includes an N+ silicon substrate having a drain electrode. A low dopant concentration N-type drift layer is grown over the substrate. Alternating N and P-type columns are formed over the drift layer with a higher dopant concentration. An N-type layer, having a higher dopant concentration than the drift region, is then formed and etched to have sidewalls. A P-well is formed in the N-type layer, and an N+ source region is formed in the P-well. A gate is formed over the P-well’s lateral channel and next to the sidewalls as a vertical field plate. A source electrode contacts the P-well and source region. A positive gate voltage inverts the lateral channel and increases the conduction along the sidewalls. Current between the source and drain flows laterally and then vertically through the various N layers. On resistance is reduced and the breakdown voltage is increased.

TWM516231U, drawing sheet 1
Sheet 1 of 50

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24 claims: 1 independent, 23 dependent

  1. 1
    一種垂直式電晶體,包括:一半導體基板,係具有在其底面的一第一電極;一第一層,係為一第一導電性類型且位於該基板上方,該第一層具有一第一摻雜濃度;一第二層,係為該第一導電性類型且位於該第一層上方,該第二層具有高於該第一摻雜濃度的一第二摻雜濃度,該第二層具有一頂面;一凹槽,係曝露該第二層的一垂直側壁;一井區,係為一第二導電性類型且位於該第二層的頂面,該井區具有一頂面;一第一區,係為該第一導電性類型且位於該井區的頂面,其中該第一區與該井區的一邊緣之間的一區域包括用於藉由一閘極來反向的一通道;一導電閘極,係重疊於該通道,當該閘極被偏壓高於一臨界電壓時,該導電閘極於該第一區與該第二層之間創造一橫向導電路徑;一垂直場平面,係面向該第二層之垂直側壁並且自該垂直側壁絕緣,該垂直場平面係為該閘極的延伸,該垂直場平面係圍繞該第二層;以及一第二電極,其係電性地接觸該井區與該第一區,其中當一電壓被施加在該第一電極與該第二電極之間以及該閘極被偏壓 高於該臨界電壓時,一橫向電流穿過該通道來流動,並且一實質垂直電流流動於該通道與該基板之間。
  2. 2
    如請求項1所述之電晶體,更包括:一第三層,係為該第一導電性類型且位於該第一層與該第二層之間,並設置該通道下方;以及一第四層,係為該第二導電性類型且於該第三層的相對側來橫向地靠合該第三層,該第三層與第四層中的一摻雜濃度係高於該第一摻雜濃度。
  3. 3
    如請求項2所述之電晶體,更包括一第五層,係為第二導電性類型且位於該凹槽下方並橫向地相鄰於該第二層。
  4. 4
    如請求項3所述之電晶體,其中該第五層係靠合於該第四層。
  5. 5
    如請求項3所述之電晶體,其中該第一層係垂直地自該第四層分開。
  6. 6
    如請求項3所述之電晶體,其中該閘極具有一第一部份、一第二部份與一第三部份,該第一部份係與該通道重疊,該第二部份係面向該第二層的垂直側壁以作為該垂直場平面,該第三部份係與該第五層重疊,其中該閘極與該通道之間的一介電層的厚度、該垂直側壁與該第五層係相等。
  7. 7
    如請求項3所述之電晶體,其中該閘極具有一第一部份、一第二部份與一第三部份,該第一部份係與該通道重疊,該第二部份係面向該第二層的垂直側壁以作為該垂直場平面,該第三部份係與 該第五層重疊,其中該閘極與該通道之間的一介電層的一厚度係小於該閘極與該第五層之間的一介電層的一厚度。
  8. 8
    如請求項3所述之電晶體,其中該閘極具有一第一部份、一第二部份與一第三部份,該第一部份係與該通道重疊,該第二部份係面向該第二層的垂直側壁以作為該垂直場平面,該第三部份係與該第五層重疊,其中該閘極與該垂直側壁間之間具有一介電層的多種厚度。
  9. 9
    如請求項2所述之電晶體,其中該第四層包括於該井區下方的一第一部份,該第一部份以該第三層來被靠合於相對橫向側。
  10. 10
    如請求項9所述之電晶體,其中該第一部份係延伸至該井區。
  11. 11
    如請求項10所述之電晶體,更包括一第五層,係為該第一導電性類型,係被形成以靠合該第四層的橫向側並且靠合該第四層的一底面。
  12. 12
    如請求項2所述之電晶體,更包括一第五層,係為該第一導電性類型且位於該井區與該第二層之間,該第五層係具有高於該第二層之摻雜濃度的一摻雜濃度。
  13. 13
    如請求項2所述之電晶體,更包括:一第五層,係為該第一導電性類型且位於該第三層下方;以及一第六層,係為該第二導電性類型且於該第五層的相對側來橫向地靠合該第五層,該第六層係位於該第四層下方,該第五層與該第六層的一摻雜濃度係高於該第一摻雜濃度。
  14. 14
    如請求項2所述之電晶體,其中該基板係為該第一導電性類型,並且該電晶體係為一金氧半場效電晶體(metal-oxide-semiconductor field-effect transistor,MOSFET)。
  15. 15
    如請求項2所述之電晶體,其中該基板係為該第二導電性類型,並且該電晶體係為一絕緣閘極雙極性電晶體(insulated gate bipolar transistor,IGBT)。
  16. 16
    如請求項1所述之電晶體,其中該閘極亦沿著該第二層之垂直側壁設置以作為該垂直場平面,以使當該閘極被偏壓高於該臨界電壓時來調整該垂直側壁的導電性。
  17. 17
    如請求項16所述之電晶體,更包括一第一介電層,係設置於該閘極與該井區的頂面之間,其中一第二介電層設置於該閘極與該側壁之間,以及其中該第一介電層的厚度係相同於該第二介電層的厚度。
  18. 18
    如請求項16所述之電晶體,更包括一第一介電層,係設置於該閘極與該井區的頂面之間,其中一第二介電層設置於該閘極與該側壁之間,以及其中該第一介電層的厚度係小於該第二介電層的厚度。
  19. 19
    如請求項1所述之電晶體,更包括一第三層,係為該第二導電性類型且位於該凹槽下方並橫向地相鄰於該第二層,其中該垂直場平面與該第二層的第二摻雜濃度係配置來增加該第二層的橫向消耗,使得該第二層於該電晶體的一崩潰電壓係完全地消耗。
  20. 20
    如請求項1所述之電晶體,更包括: 一第三層,係為該第一導電性類型且位於該第一層與該第二層之間,並設置該通道下方;以及一第四層,係為該第二導電性類型且於該第三層的相對側來橫向地靠合該第三層,該第三層與第四層中的摻雜濃度係高於該第一摻雜濃度,其中該第三層與該第四層係形成N型縱列與P型縱列,其中該N型縱列與該P型縱列於該電晶體的一崩潰電壓係完全地消耗。
  21. 21
    如請求項2所述之電晶體,其中該第三層之摻雜濃度係高於該第一層與該第二層。
  22. 22
    如請求項1所述之電晶體,更包括一第三層,係具有該第二導電性類型且位於該井區下方並橫向地相鄰於該第二層。
  23. 23
    如請求項22所述之電晶體,更包括於該凹槽與該第三層上的一導電材料,該導電材料係被電性地連接至該第二電極。
  24. 24
    如請求項1所述之電晶體,其中該垂直場平面係深於該井區。
Independent claims24