[發(fā)明專利]一種具有高K電荷補償縱向雙擴散金屬氧化物寬帶隙半導體場效應(yīng)晶體管

有效

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• 申請日: 2017-09-22
• 公開（公告）號: CN107833922B
• 公開（公告）日: 2020-05-01
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 段寶興;張琛;袁嵩;呂建梅;趙逸涵;楊銀堂
• 申請（專利權(quán)）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: H01L29/78
• 分類號: H01L29/78;H01L29/06
• 代理公司: 西安智邦專利商標代理有限公司 61211
• 代理人: 胡樂

1.一種具有高K電荷補償縱向雙擴散金屬氧化物寬帶隙半導體場效應(yīng)晶體管(VDMOS)，包括：

半導體材料的襯底，兼作漏區(qū)；

在襯底上外延生長形成漂移區(qū)；

在漂移區(qū)中間刻蝕形成的溝槽；

在漂移區(qū)上部兩邊摻雜分別形成的左、右兩處基區(qū)；

在基區(qū)上部摻雜形成的源區(qū)以及進一步形成的源極；

在漏區(qū)下表面形成的漏極；

其特征在于：

所述襯底的材料是寬帶隙半導體材料；

所述溝槽沿縱向穿過漂移區(qū)至漏區(qū)；漂移區(qū)的長度根據(jù)器件的擊穿電壓要求確定；

所述溝槽的側(cè)壁對應(yīng)于漂移區(qū)的縱向范圍覆蓋High K介質(zhì)層(4)，覆蓋厚度根據(jù)器件的擊穿電壓要求確定；在表面成為High K介質(zhì)層的溝槽內(nèi)自下而上依次填充有電荷補償薄層(12)、阻斷層(10)以及電荷補償主體層(11)，其中電荷補償主體層(11)占據(jù)溝槽縱向范圍主體區(qū)域；所述電荷補償主體層(11)與阻斷層(10)、阻斷層(10)與電荷補償薄層(12)分別形成PN結(jié)，以防止電荷補償區(qū)域內(nèi)部正向或反向?qū)ǎ凰鲭姾裳a償主體層(11)和電荷補償薄層(12)為摻雜類型與漂移區(qū)(6)相反的寬帶隙半導體材料，所述阻斷層(10)為摻雜類型與所述電荷補償主體層(11)相反的寬帶隙半導體材料；

所述溝槽的側(cè)壁對應(yīng)于基區(qū)和源區(qū)的縱向范圍覆蓋柵絕緣層(2)，使HighK介質(zhì)層的兩端分別連接器件的柵絕緣層和漏區(qū)；由左、右兩處柵絕緣層和電荷補償主體層圍成的凹槽內(nèi)填充為柵極(3)；

電荷補償主體層(11)的上部進行同類型重摻雜以避免柵穿通。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有高K電荷補償縱向雙擴散金屬氧化物寬帶隙半導體場效應(yīng)晶體管，其特征在于：所述High K介質(zhì)層(4)的相對介電常數(shù)為100～2000，覆蓋厚度的典型值為0.1～0.2μm。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有高K電荷補償縱向雙擴散金屬氧化物寬帶隙半導體場效應(yīng)晶體管，其特征在于：所述電荷補償主體層(11)和電荷補償薄層(12)摻雜濃度的典型值為(1×10¹⁴－1×10¹⁵)cm^-3。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有高K電荷補償縱向雙擴散金屬氧化物寬帶隙半導體場效應(yīng)晶體管，其特征在于：所述阻斷層(10)的摻雜濃度與電荷補償主體層(11)的摻雜濃度相等。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有高K電荷補償縱向雙擴散金屬氧化物寬帶隙半導體場效應(yīng)晶體管，其特征在于：所述電荷補償薄層(12)和阻斷層(10)的厚度典型值均小于1μm。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有高K電荷補償縱向雙擴散金屬氧化物寬帶隙半導體場效應(yīng)晶體管，其特征在于：電荷補償主體層(11)的上部重摻雜濃度的典型值為(1×10¹⁸－1×10²⁰)cm^-3。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有高K電荷補償縱向雙擴散金屬氧化物寬帶隙半導體場效應(yīng)晶體管，其特征在于：耐壓要求150V時，則在寬帶隙半導體材料襯底上外延生長10μm的寬帶隙半導體材料形成漂移區(qū)，漂移區(qū)的摻雜濃度最大值為1×10¹⁶cm^-3。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有高K電荷補償縱向雙擴散金屬氧化物寬帶隙半導體場效應(yīng)晶體管，其特征在于：寬帶隙半導體材料襯底的摻雜濃度的典型值為1×10¹³cm^-3～1×10¹⁵cm^-3。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有高K電荷補償縱向雙擴散金屬氧化物寬帶隙半導體場效應(yīng)晶體管，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(quán)利要求1所述的具有高K電荷補償縱向雙擴散金屬氧化物寬帶隙半導體場效應(yīng)晶體管的方法，包括以下步驟：

1)取寬帶隙半導體材料的襯底同時作為漏區(qū)；

2)在襯底上外延形成N型漂移區(qū)；

3)在外延層上部以離子注入或擴散形成基區(qū)；

4)在外延層中部刻蝕深溝槽，使溝槽向下穿過漂移區(qū)至漏區(qū)；

5)在溝槽內(nèi)漏區(qū)上依次淀積P型電荷補償薄層、N型阻斷層型與P型電荷補償主體層；

6)在溝槽側(cè)壁內(nèi)填充一層薄High K材料；

7)在High K材料上形成柵絕緣層；

8)在基區(qū)上摻雜形成源區(qū)與源極；

9)對溝槽內(nèi)P型電荷補償主體層上部分利用離子注入進行重摻雜；然后在溝槽內(nèi)淀積形成柵極；

10)底部漏區(qū)表面形成漏極。