[實用新型]具有平面溝道的垂直功率金屬氧化物半導體場效應晶體管

有效

• 申請號: 201720142692.2
• 申請日: 2017-02-16
• 公開（公告）號: CN207097831U
• 公開（公告）日: 2018-03-13
• 發明（設計）人: 穆罕默德·恩·達維希;曾軍;蘇世宗
• 申請（專利權）人: 馬克斯半導體股份有限公司
• 主分類號: H01L29/78
• 分類號: H01L29/78;H01L29/10;H01L29/06
• 代理公司: 北京市浩天知識產權代理事務所(普通合伙)11276
• 代理人: 宋菲,劉云貴

技術領域

本實用新型涉及功率金屬氧化物半導體場效應晶體管(MOSFET)，尤其涉及一種具有平面雙擴散金屬氧化物半導體(DMOS)部分和垂直傳導部分的垂直晶體管。

背景技術

垂直MOSFET因提供厚的低摻雜物濃度漂移層以在該關斷狀態下達成高擊穿電壓的能力，而普遍作為高電壓、高功率晶體管。通常，該MOSFET包括一高度摻雜N型基板；一厚的低摻雜物濃度N型漂移層；一P型主體層，其形成在該漂移層中；一N型源極，其在該主體層的頂端；以及一柵極，其藉由薄柵極氧化物與該溝道區隔開。源極電極形成在該頂端表面上，而漏極電極形成在該底面上。當該柵極相對于該源極足夠正值時，介于該N型源極與該N型漂移層之間的P型主體的溝道區反轉，以在該源極與漏極之間建立傳導路徑。

在該裝置的關斷狀態下，當該柵極短路至該源極或為負值時，該漂移層耗盡，并可在該源極與漏極之間保持高擊穿電壓(例如超過600伏特)。然而，因所需該厚的漂移層低摻雜，而使該導通電阻受到影響。提高該漂移層的摻雜減小該導通電阻，但降低該擊穿電壓。

圖1是在單體的數組中的慣用平面垂直DMOS晶體管單體10的剖面圖。平面DMOS晶體管因其相較于溝槽MOSFET的耐用性，而廣泛使用在眾多功率切換應用中。然而，該慣用平面DMOS晶體管具有較高的指定導通電阻(Rsp,specific on-resistance)，其為導通電阻與有效面積的乘積。所需為具有減小Rsp和較低輸入電容(Ciss,input capacitances)、輸出電容(Coss,output capacitances)及轉移電容(Crss,transfer capacitances)或門極電荷(Qg,gate charge)的DMOS晶體管，以降低該晶體管的傳導和切換損耗。

在圖1所示該慣用DMOS結構中的重要電阻組件會在沿著反轉溝道12和在P-井16區旁邊的接面場效晶體管(JFET)區14的該電壓降時出現。當足夠正值的電壓施加于柵極17時，柵極17反轉溝道12。源極電極18通過P+接點區22接觸N++源極區20和P-井16。介電體53隔離柵極17和源極電極18。當柵極17反轉溝道12時，在源極區20與低摻雜物密度N--漂移區24之間形成水平電流路徑，然后該電流垂直流經N--漂移區24、N++基板26和漏極電極28。N--漂移區24需要相對較厚以具有高擊穿電壓，但N--漂移區24的低摻雜物密度和厚度提高導通電阻。

JFET區14限制該電流流動，而使用足夠寬的P-井間距(2Y)以最小化該JFET電阻分量很重要。然而，提高該間距Y導致單體間距和該有效面積增加。因此，這種權衡利弊導致Rsp的改善有限。

本領域極需具有良好Rsp和相較于圖1較小表面積以提高單體密度的平面、垂直DMOS晶體管。又，該晶體管應具有高擊穿電壓和高切換速度。

實用新型內容

所揭示為具有減小Rsp和柵極電荷Qg的全新DMOS晶體管結構，同時具有高擊穿電壓和高切換速度。

所形成的MOSFET具有用于側向電流流動的平面溝道區，以及用于垂直電流流動的垂直傳導路徑。在一個具體實施例中，P-井(本體區)形成在N型層中，其中有比該P-井更深的溝槽形成在該N型層中，產生該N型層的垂直側壁。該N型層比該N型層下方的N型漂移層更高度摻雜。該N型漂移層可以在慣用垂直MOSFET中制作得比該漂移層更薄，同時仍達成相同擊穿電壓。

該柵極的第一部分迭置該頂端平面溝道區，而該柵極的第二部分垂直延伸至在該N型層的垂直側壁旁邊的溝槽中。

該MOSFET包括一垂直屏蔽場板，其由傳導材料(例如摻雜多晶硅)形成、填充該溝槽并藉由介電材料(例如氧化物)與該等側壁隔離。該場板比該P-井更深，以通過在該關斷狀態下側向耗盡該N型層而在該N型層中提供有效電場縮減。該場板可能連接至該源極、或至該柵極、或為浮接。