[發明專利]一種具有半絕緣多晶硅層的縱向超結雙擴散金屬氧化物半導體場效應管

有效

• 申請號: 201710157394.5
• 申請日: 2017-03-16
• 公開（公告）號: CN107093622B
• 公開（公告）日: 2020-06-16
• 發明（設計）人: 段寶興;曹震;師通通;袁嵩;楊銀堂
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: H01L29/06
• 分類號: H01L29/06;H01L29/78;H01L21/336
• 代理公司: 西安智邦專利商標代理有限公司 61211
• 代理人: 胡樂

本發明提出了一種具有半絕緣多晶硅(SIPOS)層的縱向超結雙擴散金屬氧化物半導體場效應管(SJ?VDMOS)，該器件主要的特征是在器件超結漂移區的側壁形成SIPOS層，SIPOS層兩端分別連接器件的柵電極和漏電極。首先SIPOS層與超結漂移區形成金屬?絕緣體?半導體(MIS)電容結構，在器件關斷時，由于MIS電容兩端具有電勢差，該電容輔助耗盡超結漂移區，可以有效地增加N型漂移區的摻雜濃度，從而可以使得器件的導通電阻降低；其次SIPOS層上具有均勻的電阻率，在器件關斷時通過電場調制效應使得器件超結漂移區上的電場分布均勻；再次在器件開態時，由于SIPOS層與器件超結漂移區的表面存在電勢差，從而在超結漂移區上形成多數載流子積累層，器件的導通電阻進一步降低。

技術領域

本發明涉及半導體器件領域，特別是涉及一種縱向超結雙擴散金屬氧化物半導體場效應管。

背景技術

對于高壓MOSFET來說，電源的高能效要求則是影響產品未來發展的主要因素。然而在功率器件高壓應用領域內，隨著器件擊穿電壓的升高，功率VDMOS外延層厚度不斷增加，漂移區摻雜濃度逐漸降低，導致器件的導通電阻會隨著器件擊穿電壓的2.5次急劇增加，使得器件的導通損耗增大。1998年陳星弼院士等人提出了縱向耐壓層新結構理論，打破了硅限理論，即日后被稱為超結的耐壓結構。它利用電荷補償理論，漂移區由一系列交替高濃度摻雜的N區和P區相互補償，使得器件漂移區的濃度由原來10¹⁴cm^-3提升至10¹⁵cm^-3。然而根據超結的電荷補償滿足的條件為公式(1)

可知在一定的N柱寬度下，N柱的摻雜濃度的最大值是確定的，即超結漂移區的摻雜濃度受到限制，從而影響了器件的導通損耗。

本發明內容

本發明提出了一種具有半絕緣多晶硅(SIPOS)層的縱向超結雙擴散金屬氧化物半導體場效應管，旨在進一步優化VDMOS器件擊穿電壓與比導通電阻的矛盾關系。

本發明的技術方案如下：

該具有半絕緣多晶硅(SIPOS)層的縱向超結雙擴散金屬氧化物半導體場效應管，包括：

半導體材料的襯底，兼作漏區；

在所述襯底上進行分區外延形成的超結漂移區；超結漂移區的N柱和P柱的寬度和摻雜濃度滿足電荷平衡條件；

在所述超結漂移區上方再進一步外延并摻雜形成的左、右兩處基區；

在所述基區上部摻雜分別形成的源區和溝道襯底接觸；

在所述源區和溝道襯底接觸上表面形成的源極；

在所述漏區下表面形成的漏極；

有別于現有技術的是：

在所述左、右兩處基區之間刻蝕的溝槽，溝槽沿縱向穿過超結漂移區至漏區；溝槽的深寬比根據器件的超結漂移區的長度來確定，超結漂移區的長度根據擊穿電壓要求確定；

在所述溝槽側壁依次形成的柵絕緣層、具有摻氧的半絕緣多晶硅層，使半絕緣多晶硅層縱向兩端與器件的柵漏兩端相連；

在表面成為半絕緣多晶硅層的溝槽內填充的絕緣體，絕緣體與超結漂移區縱向等高；半絕緣多晶硅層縱向表面對應于基區為重摻雜區域；

在半絕緣多晶硅層縱向表面對應于基區形成的柵極。

基于以上方案，本發明還進一步作了如下優化：