[发明专利]电荷平衡场效应晶体管

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求于2005年6月10日提交的美国临时专利申请No. 60/689,229的优先权，其全部内容结合于此作为参考。

本申请涉及于2004年12月29日提交的美国专利申请No. 11/026,276，以及于2006年5月24日提交的美国专利申请No. 11/441,386，这两个申请均结合于此作为参考。

背景技术

本发明涉及半导体功率器件技术，尤其涉及电荷平衡场效应晶 体管及其制造方法。

用于高电流开关的器件结构已经由平面栅垂直DMOS发展到 包括具有屏蔽电极的沟槽栅结构。早期的开发项目关注于减少特定 导通状态电阻R_SP。后来，诸如栅电荷(需要用来使器件导通或截 止的电荷)的其它性能属性也被增加到开发目标中。最近，这些品 质特征已经演变为取决于特定开关应用的特定唯一目标。

由于对MOSFET的开关速度的影响，特定的导通电阻和栅-漏 电荷的乘积(R_SP×Q_GD)被称作品质因素(figure-of-merit，FOM)， 用于在很多电子系统中普遍存在的同步降压变换器中的顶部开关。 以类似的方式，根据取决于全部栅极电荷的FOM(R_SP×Q_GD)来判 定下侧MOSFET，其功率消耗取决于导电损耗。屏蔽栅结构可显著 地提高这些品质因素。另外，通过增加屏蔽电极的深度，可以改善 电荷平衡，这样允许高于给定漂移区域浓度平行平面击穿，从而减 低R_SP。

诸如用于低电压MOSFET的电荷平衡期间结构的应用已经证 明是困难的，原因在于工艺和材料改变导致载流子类型的不平衡， 反过来又造成降低的击穿电压。假设电荷平衡导致漂移区域内的平 电场，可以显示出掺杂浓度N和漂移区域柱的宽度W的乘积必须 小于半导体电容率和临界电场的乘积被电荷q除：

N·W<ϵs·Ecq.]]>

结果，较低的BV_DSS目标需要较大的掺杂浓度，从而使得漂移 区域柱的宽度必须降低以维持电荷平衡。例如，具有约2×10¹⁶cm^-3漂移区域浓度的30V器件需要小于约1.4μm的平台宽度，用于理想 的电荷平衡。然而，这一状况不能改善R_SP，原因在于，2×10¹⁶cm^-3能够支持30V，而没有电荷平衡。如果浓度加倍以降低漂移区域电 阻，则所需要的平台宽度被减半至约0.7μm。考虑到所有必须满足 单元结构的特征，例如，雪崩耐久性所需要的重体结，这样良好的 尺寸难以实现。

在大多数电荷平衡结构中，漂移区域是重掺杂n型衬底上的n 型区域。在一些变形中，沟槽侧壁用硼注入，以提供相反极性的电 荷。对于低压器件，这些方法中的每种方法均经过处理改变，造成 电荷不平衡和包括R_SP、Q_GD、以及BV_DSS的性能特征中的相对宽的 分布。这些处理改变源于多个来源，包括外延层浓度、栅电极相对 于p阱深度的深度、平台宽度、和屏蔽绝缘物厚度。

因此，存在着对改进的电荷平衡MOSFET单元结构和制造方法 的需求。

发明内容