[發明專利]一種雙向耐壓VDMOS器件

有效

• 申請號: 201811343651.5
• 申請日: 2018-11-12
• 公開（公告）號: CN109545839B
• 公開（公告）日: 2021-08-24
• 發明（設計）人: 劉斯揚;釗雪會;徐浩;童鑫;孫偉鋒;陸生禮;時龍興
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: H01L29/06
• 分類號: H01L29/06;H01L29/78;H01L21/336
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 柏尚春

一種雙向耐壓VDMOS器件，包括：N型漏極，其上設有第一N型外延層，在第一N型外延層內設有第一P型體區，在第一P型體區兩側設有第二P型體區，其上設有第二N型外延層，在第二N型外延層上設有重摻雜N型源極，其上連接有源極金屬層，在第一N型外延層、第二P型體區、第二N型外延層及N型源極內設有柵極溝槽，柵極溝槽起始于N型源極，止于第一N型外延層內，柵極溝槽底部及側壁設有柵極氧化層，內部設有柵極多晶硅，在柵極多晶硅頂部至N型源極表面之間設有氧化層。本發明簡化了傳統雙向開關器件的結構，大大降低了導通電阻以及損耗，提高器件的電流能力和雙向耐壓能力，同時其制備方法簡單，成本較低。

技術領域

本發明主要涉及功率半導體器件技術領域，具體涉及一種雙向耐壓VDMOS(Vertical Double-diffused Metal Oxide Semiconductor，垂直雙擴散金屬氧化物半導體場效應晶體管)器件及其制備方法，特別適用于智能手機、筆記本電腦、數碼相機等電子產品中鋰電池以及太陽能電池充放電及其保護電路。

背景技術

目前，可充電鋰電池由于其具有較小的芯片面積、高的能量密度等獨特優勢受到了諸如移動智能手機、數碼相機等小體積便攜式電子設備的青睞。可充電鋰電池有充電和放電兩種工作方式，這兩種工作方式下電流的流向相反。為了防止鋰電池過充電或者過放電而導致的鋰電池過熱、壽命縮短報廢，通常鋰電池保護電路中采取一種雙向開關預設對比電壓來避免鋰電池的過充電和過放電。而由于充電與放電工作方式下電流流向相反，因此雙向開關在關斷時需要在正向與反向上承受鋰電池電源的電壓值。為了獲得易驅動的MOS型雙向開關，可采用以下技術方案：1)兩個MOSFET管共漏反向并聯以獲得雙向開關功能；2)將常規的MOSFET與二極管串聯使用以確保雙向阻斷功能，再將兩組上述MOSFET與二極管串聯的結構反向并聯以實現雙向導通雙向阻斷功能。以上的兩種技術方案需要使用多個功率器件的組合，增加了器件的損耗，降低了器件的性能，同時也增大了電池芯片的面積與成本，影響鋰電池芯片在便攜式電子設備中的使用。

由于電子產品正在向更小體積的趨勢發展，其內部所用芯片面積需要相應減小，同時其導通電阻也需要減小。為了進一步減小手機等電子產品中芯片面積與成本，并降低其導通電阻，目前對鋰電池保護電路中的雙向開關研究的一個重要方面就是對雙向開關的導通壓降的優化提升。

發明內容

本發明針對上述方面，提出了一種雙向耐壓VDMOS器件及其制備方法。

本發明提供如下結構技術方案：

一種雙向耐壓VDMOS器件，包括：N型漏極，其上設有第一N型外延層，在第一N型外延層的上方兩側分別設有柱狀第一P型體區，在兩柱狀第一P型體區的內側設有第二P型體區，在第一P型體區和第二P型體區上設有第二N 型外延層，在第二N型外延層上設有重摻雜N型源極，在N型源極表面連接有源極金屬層，在第一N型外延層、第二P型體區、第二N型外延層及N型源極內設有柵極溝槽，柵極溝槽起始于N型源極的表面，穿過第二N型外延層和第二P型體區并止于第一N型外延層內，柵極溝槽底部及側壁設有柵極氧化層，在柵極溝槽內設有柵極多晶硅，在柵極溝槽內的柵極多晶硅頂部至N型源極的上表面之間設有氧化層。

本發明提供如下方法技術方案：

一種雙向耐壓VDMOS器件的制備方法，

第一步：首先選取N型硅材料作為N型漏極，并外延生長第一N型外延層；

第二步：利用掩膜板在第一N型外延層刻蝕出柱狀第一P型體區的下半部分溝槽；

第三步：回填P型硅材料，并利用掩膜板刻蝕回填的P型硅材料形成柱狀第一P型體區；

第四步：利用掩膜板選擇性注入磷離子并退火激活形成第二P型體區；

第五步：再次回填N型硅材料形成第二N型外延層，表面平坦化后通過普注的形式注入砷離子并退火激活形成重摻雜N型源極；