[發明專利]具有電荷補償層和低阻通道的VDMOS及其制作方法

有效

• 申請號: 201910305038.2
• 申請日: 2019-04-16
• 公開（公告）號: CN110047932B
• 公開（公告）日: 2021-04-13
• 發明（設計）人: 段寶興;王彥東;楊鑫;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;H01L29/10;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

本發明提出了一種具有電荷補償層和低阻通道的VDMOS及其制作方法，該器件設置N+電流通道，縱向貫穿N型外延層的對稱中心，上、下兩端分別與柵氧化層、N+型襯底相接；并在N型外延層內部、兩處P型基區的下方區域分別設置有相同半導體材料的P型電荷補償層。器件導通時，重摻雜形成的N+電流通道改變了傳統器件中的電流傳輸路徑，而且電流分布幾乎不受電荷補償層的影響，這樣大幅降低了器件的導通電阻。器件關斷時，P型電荷補償層輔助耗盡N+電流通道，同時產生的新電場峰優化了器件的縱向電場。

技術領域

本發明涉及功率半導體器件領域，具體涉及一種縱向雙擴散金屬氧化物半導體場效應晶體管。

背景技術

功率半導體器件是指主要用于電力設備的電能變換和控制電路方面的大功率電子器件。隨著電力電子技術的迅速發展，功率半導體器件已經廣泛應用于現代工業控制和國防裝備中。縱向雙擴散金屬氧化物半導體場效應晶體管(VDMOS，Vertical Double-diffusion Metal Oxide Semiconductor)是微電子技術與電力電子領域重要的半導體器件。它通過對柵極電壓的控制來調整其工作狀態,使得其可以在正向導通、關斷、以及耐壓之間進行轉換,具有開關速度快、損耗小、輸入阻抗高、驅動功率小、頻率特性好、跨導高線性度高等特性,現已被廣泛應用于汽車電子、開關電源和節能燈等各個領域。

但是隨著耐壓級別的提高，高壓VDMOS需要更厚的漂移區來承受擊穿電壓，而厚的漂移區會導致VDMOS的導通電阻急劇增加。此時導通電阻與器件的擊穿電壓呈現2.5次方的矛盾關系，這在很大程度上限制了VDMOS功率器件在高壓領域的發展與應用。

發明內容

本發明提出一種具有電荷補償層和低阻通道的縱向雙擴散金屬氧化物半導體場效應晶體管(VDMOS)，旨在進一步優化VDMOS的擊穿電壓和導通電阻，改善器件性能。

本發明的技術方案如下：

半導體材料的N+型襯底；

在所述N+型襯底上表面形成的N型外延層；

在形成所述N型外延層的同時，形成N+電流通道和P型電荷補償層；

在N型外延層上部分別形成左、右兩處P型基區；在每一處P型基區中形成溝道以及N+型源區和P+溝道襯底接觸，其中N+型源區與溝道鄰接，P+溝道襯底接觸相對于N+型源區位于溝道遠端；

柵氧化層，位于所述N型外延層上表面，覆蓋兩處P型基區之間的部分以及相應的兩處溝道；

柵極，位于柵氧化層上表面；

源極，覆蓋于P+溝道襯底接觸與N+型源區相接區域的上表面；兩處源極共接；

漏極，位于所述N+型襯底下表面；

特別的：該器件還包括N+電流通道，縱向貫穿N型外延層的對稱中心，上、下兩端分別與柵氧化層、N+型襯底相接；在N型外延層內部、兩處P型基區的下方區域分別設置有相同半導體材料的P型電荷補償層；所述N型外延層和P型電荷補償層的厚度和摻雜濃度由器件的耐壓要求決定；所述N+電流通道的寬度和摻雜濃度由器件的耐壓和導通電阻要求決定。

在以上方案的基礎上，本發明還進一步作了如下優化：

上述N+電流通道的摻雜濃度典型值為1×10¹⁵cm^-3～1×10¹⁷cm^-3。

上述N型外延層、N+電荷屏蔽層和P型電荷補償的厚度、間距和摻雜濃度由器件的耐壓要求決定；N+電流通道的寬度典型值為N型外延層的1/2～1/4；P型電荷補償層的厚度典型值為1μm～3μm；P型電荷補償層與N+電流通道的橫向間距典型值為0μm～1μm。