[发明专利]场效应晶体管

说明书

本申请是申请号为200680020630.9，申请日为2006年6月8日，发明名称为“电荷平衡场效应晶体管”的分案申请。

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 x 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 x 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2x10¹⁶cm^-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，2x10¹⁶cm^-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

根据本发明的实施例，场效应晶体管通过如下形成。提供第一导电类型的半导体区，第二导电类型的外延层在半导体区之上延伸。形成延伸穿过外延层并在半导体区停止的沟槽。执行第一导电类型的掺杂物的双通道倾斜注入，从而沿沟道侧壁形成第一导电类型的区域。执行第二导电类型的掺杂物的阈值电压调节注入，从而将第一导电类型的区域沿沟槽的上侧壁延伸的部分的导电类型转变为第二导电类型。形成在沟槽的每侧的侧面的第一导电类型的源区。