[發明專利]具有復合介質層寬帶隙半導體縱向超結雙擴散金屬氧化物半導體場效應管及其制作方法

有效

• 申請號: 201710624383.3
• 申請日: 2017-07-27
• 公開（公告）號: CN107591450B
• 公開（公告）日: 2020-06-16
• 發明（設計）人: 段寶興;曹震;師通通;呂建梅;楊銀堂
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: H01L29/78
• 分類號: H01L29/78;H01L29/06;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

1.一種具有復合介質層寬帶隙半導體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；

在襯底上外延生長形成的超結漂移區；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表面摻雜形成的左、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；

其特征在于：

所述襯底以及超結漂移區的材料是寬帶隙半導體材料，在所述左、右兩處基區之間刻蝕形成溝槽，溝槽沿縱向穿過超結漂移區至襯底漏區，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；在所述溝槽的側壁依次形成柵絕緣層、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；半絕緣多晶硅層縱向表面對應于基區為重摻雜區域，在該重摻雜區域形成柵極；

在表面成為半絕緣多晶硅層的溝槽內填充High K介質，High K介質與超結漂移區縱向等高，半絕緣多晶硅層和High K介質共同組成復合介質層。

2.根據權利要求1所述的具有復合介質層寬帶隙半導體縱向超結雙擴散金屬氧化物半導體場效應管，其特征在于：High K材料的相對介電常數是100～2000。

3.根據權利要求2所述的具有復合介質層寬帶隙半導體縱向超結雙擴散金屬氧化物半導體場效應管，其特征在于：橫向上High K介質的寬度為0.2～5μm。

4.根據權利要求1所述的具有復合介質層寬帶隙半導體縱向超結雙擴散金屬氧化物半導體場效應管，其特征在于：柵絕緣層的厚度根據器件的閾值電壓設定，典型值為0.02～0.1μm。

5.根據權利要求1所述的具有復合介質層寬帶隙半導體縱向超結雙擴散金屬氧化物半導體場效應管，其特征在于：寬帶隙半導體材料的襯底摻雜濃度典型值為1×10¹²cm^-3～1×10¹⁵cm^-3。

6.根據權利要求5所述的具有復合介質層寬帶隙半導體縱向超結雙擴散金屬氧化物半導體場效應管，其特征在于：寬帶隙超結漂移區中P柱寬度W_P與N柱寬度W_N的比例根據器件特性和工藝條件確定，典型范圍為8/1～1/1；N柱的摻雜濃度N_D與P柱的摻雜濃度N_A的比例范圍根據器件特性和工藝條件確定，典型范圍為16/1～2/1。

7.根據權利要求1所述的具有復合介質層寬帶隙半導體縱向超結雙擴散金屬氧化物半導體場效應管，其特征在于：半絕緣多晶硅層的厚度為0.2～1.5μm；半絕緣多晶硅層的摻氧比例為15％～35％，其相應電阻率為10⁹～10¹¹Ω·cm。

8.根據權利要求1所述的具有復合介質層寬帶隙半導體縱向超結雙擴散金屬氧化物半導體場效應管，其特征在于：半絕緣多晶硅層中所述重摻雜區域的摻雜濃度為10¹⁸～10²⁰cm^-3。

9.根據權利要求1所述的具有復合介質層寬帶隙半導體縱向超結雙擴散金屬氧化物半導體場效應管，其特征在于：所述寬帶隙半導體材料為氮化鎵、碳化硅或金剛石。

10.一種制作權利要求1具有復合介質層寬帶隙半導體縱向超結雙擴散金屬氧化物半導體場效應管的方法，包括以下步驟：

1)取寬帶隙半導體材料的襯底，兼作漏區；

2)在襯底上形成外延層并形成超結結構作為漂移區；

3)在漂移區上部以離子注入或擴散形成基區；

4)在基區刻蝕溝槽，使溝槽向下穿過漂移區至漏區；

5)在溝槽側壁上形成柵絕緣層；

6)在柵絕緣層外淀積形成半絕緣多晶硅層；

7)在溝槽內縱向對應于漂移區的區域填充High K材料；

8)在基區上摻雜形成源區和溝道襯底接觸；

9)對溝槽內半絕緣多晶硅層表面縱向對應于基區的區域進行重摻雜，并淀積多晶硅形成柵極；

10)源區和溝道襯底接觸表面形成源極；

11)漏區表面形成漏極。