[發明專利]場效應晶體管

有效

• 申請號: 201310021899.0
• 申請日: 2006-06-08
• 公開（公告）號: CN103094348A
• 公開（公告）日: 2013-05-08
• 發明（設計）人: 哈姆扎·耶爾馬茲;丹尼爾·卡拉菲特;史蒂文·P·薩普;內森·克拉夫特;阿肖克·沙拉
• 申請（專利權）人: 飛兆半導體公司
• 主分類號: H01L29/78
• 分類號: H01L29/78;H01L29/06;H01L29/423
• 代理公司: 北京康信知識產權代理有限責任公司 11240
• 代理人: 余剛;吳孟秋

本申請是申請號為200680020630.9，申請日為2006年6月8日，發明名稱為“電荷平衡場效應晶體管”的分案申請。

相關申請的交叉引用

本申請要求于2005年6月10日提交的美國臨時專利申請No.60/689,229的優先權，其全部內容結合于此作為參考。

本申請涉及于2004年12月29日提交的美國專利申請No.11/026,276，以及于2006年5月24日提交的美國專利申請No.11/441,386，這兩個申請均結合于此作為參考。

背景技術

本發明涉及半導體功率器件技術，尤其涉及電荷平衡場效應晶體管及其制造方法。

用于高電流開關的器件結構已經由平面柵垂直DMOS發展到包括具有屏蔽電極的溝槽柵結構。早期的開發項目關注于減少特定導通狀態電阻R_SP。后來，諸如柵電荷(需要用來使器件導通或截止的電荷)的其它性能屬性也被增加到開發目標中。最近，這些品質特征已經演變為取決于特定開關應用的特定唯一目標。

由于對MOSFET的開關速度的影響，特定的導通電阻和柵-漏電荷的乘積(R_SP?x?Q_GD)被稱作品質因素(figure-of-merit，FOM)，用于在很多電子系統中普遍存在的同步降壓變換器中的頂部開關。以類似的方式，根據取決于全部柵極電荷的FOM(R_SP?x?Q_GD)來判定下側MOSFET，其功率消耗取決于導電損耗。屏蔽柵結構可顯著地提高這些品質因素。另外，通過增加屏蔽電極的深度，可以改善電荷平衡，這樣允許高于給定漂移區域濃度平行平面擊穿，從而減低R_SP。

諸如用于低電壓MOSFET的電荷平衡期間結構的應用已經證明是困難的，原因在于工藝和材料改變導致載流子類型的不平衡，反過來又造成降低的擊穿電壓。假設電荷平衡導致漂移區域內的平電場，可以顯示出摻雜濃度N和漂移區域柱的寬度W的乘積必須小于半導體電容率和臨界電場的乘積被電荷q除：

N·W<ϵs·Ecq.]]>

結果，較低的BV_DSS目標需要較大的摻雜濃度，從而使得漂移區域柱的寬度必須降低以維持電荷平衡。例如，具有約2x10¹⁶cm^-3漂移區域濃度的30V器件需要小于約1.4μm的平臺寬度，用于理想的電荷平衡。然而，這一狀況不能改善R_SP，原因在于，2x10¹⁶cm^-3能夠支持30V，而沒有電荷平衡。如果濃度加倍以降低漂移區域電阻，則所需要的平臺寬度被減半至約0.7μm。考慮到所有必須滿足單元結構的特征，例如，雪崩耐久性所需要的重體結，這樣良好的尺寸難以實現。

在大多數電荷平衡結構中，漂移區域是重摻雜n型襯底上的n型區域。在一些變形中，溝槽側壁用硼注入，以提供相反極性的電荷。對于低壓器件，這些方法中的每種方法均經過處理改變，造成電荷不平衡和包括R_SP、Q_GD、以及BV_DSS的性能特征中的相對寬的分布。這些處理改變源于多個來源，包括外延層濃度、柵電極相對于p阱深度的深度、平臺寬度、和屏蔽絕緣物厚度。

因此，存在著對改進的電荷平衡MOSFET單元結構和制造方法的需求。

發明內容

根據本發明的實施例，場效應晶體管通過如下形成。提供第一導電類型的半導體區，第二導電類型的外延層在半導體區之上延伸。形成延伸穿過外延層并在半導體區停止的溝槽。執行第一導電類型的摻雜物的雙通道傾斜注入，從而沿溝道側壁形成第一導電類型的區域。執行第二導電類型的摻雜物的閾值電壓調節注入，從而將第一導電類型的區域沿溝槽的上側壁延伸的部分的導電類型轉變為第二導電類型。形成在溝槽的每側的側面的第一導電類型的源區。