[發明專利]通過厚底部絕緣物中的感應凈電荷區的性能優良的MOSFET

有效

• 申請號: 201310221807.3
• 申請日: 2013-06-06
• 公開（公告）號: CN103474463A
• 公開（公告）日: 2013-12-25
• 發明（設計）人: 王曉彬;安荷.叭剌;伍時謙
• 申請（專利權）人: 萬國半導體股份有限公司
• 主分類號: H01L29/78
• 分類號: H01L29/78;H01L29/10;H01L21/336
• 代理公司: 上海信好專利代理事務所(普通合伙) 31249
• 代理人: 張靜潔;徐雯瓊

技術領域

本發明主要涉及半導體功率場效應晶體管器件，尤其是具有優良的漏源導通電阻的厚底部氧化物（TBO）MOSFET器件。

背景技術

基于各種原因，配置和制備高壓半導體功率器件的傳統技術在進一步提高器件性能方面，仍然遇到許多困難和局限。在垂直半導體功率器件中，在漏源電阻（即導通電阻，通常用RdsA（即Rds×單位面積）作為性能屬性）和功率器件可承受的擊穿電壓之間存在一個取舍。為了降低RdsA，外延層要具有較高的摻雜濃度。然而重摻雜的外延層也會降低半導體功率器件可以承受的擊穿電壓。

為了解決上述性能取舍所帶來的困難與局限，已經研發了多種器件結構。圖1A表示P-通道溝槽金屬-氧化物-半導體場效應晶體管（MOSFET）100類型的傳統的功率晶體管。MOSFET?100形成在P-型半導體襯底101中，作為MOSFET?100的漏極。P-型外延區102（也稱為漂流區）形成在襯底101的上部。N-型本體區106形成在漂流區102上面或之內，構成MOSFET?100的本體。溝槽107形成在本體區106中和漂流/外延區102中。絕緣柵結構形成在溝槽107中，底部在漂流區中，相對的側壁在漂流區附近延伸，用于調制通道和漂流區的導電性，響應開啟柵極偏壓的應用。絕緣柵結構含有一個導電柵極電極104，在溝槽107和電介質材料109中，也稱為柵極氧化物（Gox），內襯通道和漂流區附近的溝槽側壁。柵極電極104與周圍區域絕緣，P+源極區108形成在本體區106的頂層中。然而，為了獲得高擊穿電壓，漂流區摻雜濃度必須足夠低，這會使得n-型本體層106和p-型襯底102之間的p-n結處的電阻很高，從而使形成的器件RdsA很高。

為了降低RdsA，并且提高擊穿電壓VBD，屏蔽柵溝槽（SGT）MOSFET因其具有許多優良的性能，所以在一些應用中，比傳統的溝槽MOSFET更加受歡迎。圖1B表示p-通道SGT?MOSFET?150的剖面，該MOSFET?150含有p-型襯底101（例如硅），作為漏極，p-型外延或漂流區102以及n-型本體區106，它們與圖1A中相應的特征具有類似的結構。溝槽157形成在本體區106和漂流/外延區102中，并且延伸到外延區102底部。屏蔽電極152通常由多晶硅（也稱為多晶硅1）構成，屏蔽電極152沉積在溝槽157中，通過電介質材料160（也稱為襯里氧化物（襯里OX））與周圍區域絕緣。柵極電極154（由多晶硅制成時，通常稱為多晶硅2）沉積在溝槽157中，屏蔽電極152的上方。通過薄電介質材料159（也稱為柵極氧化物（Gox）），柵極電極154與周圍區域絕緣。P+源極區108形成在本體區106頂部。當柵極電極154上加載正向電壓時，MOSFET器件150導通，導電通道沿溝槽157的側壁，垂直形成在源極108和漂流/外延區102之間的本體區106中。

屏蔽柵極溝槽MOSFET具有低導通電阻RdsA，高晶體管擊穿電壓。對于傳統的溝槽MOSFET，在一個通道中放置多個溝槽，不僅降低了導通電阻，也提高了整體的柵漏電容。引入屏蔽柵溝槽MOSFET結構，使柵極和漂流區（漏極）中的導電區絕緣，修正了該問題。屏蔽柵溝槽MOSFET結構還使得漂流區中的摻雜濃度較高，有利于器件的擊穿電壓，從而在BV和RdsA之間做出了較好的取舍。

雖然SGT具有一定優勢，但是SGT?MOSFET器件的制備過程需要用到雙重多晶硅工藝，比較復雜，其中回刻屏蔽電極或多晶硅1的過程很難控制。此外，結合多晶硅1也需要用到一個額外的掩膜。而且SGT?MOSFET結構在屏蔽電極和柵極電極之間形成電絕緣方面還面臨著許多挑戰。

正是在這一前提下，提出了本發明所述的實施例。

發明內容

本發明改良了一種作為厚底部氧化物（TBO）結構的MOSFET結構，不僅具有屏蔽柵晶體管（SGT）的優點，同時還避免了制備這種器件時的各種困難。

為了達到上述目的，本發明通過以下技術方案實現：

一種半導體功率器件，包括：一個具有第一導電類型摻雜物的半導體襯底；

一個形成在襯底上用第一導電類型摻雜物摻雜的外延半導體區，外延半導體區的摻雜濃度低于襯底的摻雜濃度；

一個形成在外延半導體區中的溝槽；

一個形成在溝槽附近的外延半導體區中的本體區，其特征在于，所述本體區摻雜第二導電類型的摻雜物，第二導電類型與第一導電類型相反；

一個第一導電類型的源極區，其形成在溝槽附近，使本體區位于源極區和外延區之間，其中所述源極區的摻雜濃度高于外延半導體區的摻雜濃度；