[發明專利]垂直DMOS晶體管

有效

• 申請號: 201310671827.0
• 申請日: 2013-12-12
• 公開（公告）號: CN104051534A
• 公開（公告）日: 2014-09-17
• 發明（設計）人: 秀明土子
• 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
• 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;張妍

技術領域

本發明涉及半導體器件，尤其是垂直DMOS晶體管。

背景技術

由于橫向雙擴散金屬-氧化物-半導體（LDMOS）晶體管的高擊穿電壓性能，以及對于低壓器件的CMOS技術兼容，因此通常用于高壓器件（＜10V至＞1000V）。圖1表示傳統的低端N-型LDMOS晶體管的剖面圖。眾所周知，增大漂流區的長度（用距離“d”表示），LDMOS晶體管的擊穿電壓也可以相應地增大。

圖2表示傳統的溝槽MOSFET器件的剖面圖。在溝槽MOSFET器件中，柵極電極形成在溝槽中，通道形成在沿溝槽側壁的垂直區中。因此，溝槽MOSFET器件是一個垂直晶體管器件，源極區在器件的頂部，漏極端在器件的背部。Williams等人發明的美國專利7,576,391也提出了一種橫向溝槽MOSFET器件，用于控制通道電流的溝槽柵極在刻蝕后溝槽的側邊垂直向下。

發明內容

本發明提供一種垂直DMOS晶體管，增強了晶體管器件的強度和可靠性，晶體管器件可以擁有一個很寬的安全操作區，可以調節溝槽深度和側壁漏極延伸物的摻雜水平，優化漏極節點和漏源導通電阻RdsON所加載的最高電壓，而不會使器件間距明顯增大，準垂直DMOS晶體管可以集成或作為一個單獨的器件。

依據本發明的原理，準垂直雙擴散MOS（DMOS）晶體管包含一個沿溝槽側壁的垂直漏極電流通路。該溝槽可以引入一個導電場板，或者配置成一個溝槽漏極電極。在一些實施例中，垂直漏極電流通路連接到掩埋摻雜區，掩埋摻雜區將漏極電流水平引至溝槽漏極電極，構成一個頂端漏極電極。憑借頂端漏極電極，可以作為集成電路的一部分，集成準垂直DMOS晶體管。準垂直DMOS晶體管也可以作為一個帶有背部漏極電極的單獨器件。

依據本發明的另一方面，制備一個NMOS晶體管，漏極延伸物在沿溝槽側壁的垂直漏極電流通路中。漏極延伸物具有降低柵極電極邊緣處的漏極電壓的作用，從而使低壓NMOS晶體管可以接通或斷開漏極節點上所加載的高壓，而不會影響器件的可靠性。

在本發明的實施例中，準垂直DMOS晶體管包含一個橫向通道，形成在柵極電極下方的半導體本體中，通過一個柵極電介質層，與柵極電極絕緣。溝槽形成在柵極電極的漏極端，并在此處形成輕摻雜的側壁區，從而沿溝槽側壁提供一個高電阻率的漏極延伸物通路。來自于橫向通道的漏極電流在溝槽側壁處拐彎，漏極電流沿輕摻雜側壁區傳導，構成垂直漏極電流通路。在這種情況下，延伸后的漏極漂流區形成在摻雜漏極電流通路中，以提高準垂直DMOS晶體管的擊穿電壓。

在一些實施例中，垂直電流通路連接到掩埋摻雜區，例如掩埋層，將漏極電流水平引至溝槽漏極電極。溝槽漏極電極作為導電填充溝槽，可以位于每個準垂直DMOS晶體管結構或并聯準垂直DMOS晶體管結構陣列的預定義間隔處。

準垂直DMOS晶體管結構與傳統的橫向或垂直DMOS晶體管器件相比，具有很多優勢。首先，本發明所述的準垂直DMOS晶體管具有一個很深的結，在溝槽底部而不是在柵極邊緣處擊穿。因此，柵極電極的漏極邊緣無法承受過高的電壓。高電場位于P-阱本體的底部。在這種情況下，熱載流子注入被提升。從而增強了晶體管器件的強度和可靠性，晶體管器件可以擁有一個很寬的安全操作區。此外，可以調節溝槽深度和側壁漏極延伸物的摻雜水平，優化漏極節點和漏源導通電阻RdsON所加載的最高電壓，而不會使器件間距明顯增大。例如，較深的溝槽和較輕摻雜的側壁區可以增大漏極節點的擊穿電壓。同時，準垂直DMOS晶體管的RdsON*面積比傳統的橫向DMOS或LDMOS晶體管的RdsON*面積更小。此外，準垂直DMOS晶體管可以集成或作為一個單獨的器件。例如，準垂直DMOS晶體管可以集成在功率集成電路中，用作片上功率FET。在這種情況下，可以利用頂部溝槽漏極電極連接到掩埋層，掩埋層連接到垂直漏極電流通路，用于并聯晶體管陣列。還可選擇，準垂直DMOS晶體管可以作為一個單獨的器件，還可以作為一個N-型或P-型器件。對于N-通道DMOS晶體管來說，單獨的器件可以形成在帶有N-型外延層的N+襯底上。

附圖說明

以下的詳細說明及附圖提出了本發明的各個實施例。

圖1表示一種傳統的低端N-型LDMOS晶體管的剖面圖。

圖2表示一種傳統的溝槽MOSFET器件的剖面圖。

圖3表示依據本發明的一個實施例，一種引入溝槽導電場板的準垂直DMOS晶體管器件的剖面圖。

圖4表示依據本發明的一個實施例，一種引入溝槽漏極電極的準垂直DMOS晶體管器件的剖面圖。