[发明专利]一种非对称超结MOSFET结构及其制作方法

说明书

本发明提供一种非对称超结MOSFET结构及其制作方法，该结构包括至少一个晶体管单元，所述晶体管单元包括N型重掺杂衬底及形成于其上的N型轻掺杂外延层；所述N型轻掺杂外延层中形成有第一P柱及第二P柱，其中：第一P柱上部形成有P型体区，且P型体区朝第二P柱方向延伸，并与第二P柱之间具有预设距离；所述N型轻掺杂外延层表面形成有栅极结构，所述栅极结构位于所述第一P柱及第二P柱之间，且所述栅极结构的第一端重叠于所述P型体区之上；所述P型体区与所述多晶硅栅极重叠的部分作为沟道区。本发明采用非对称超结MOSFET结构，每个晶体管单元中，沟道仅位于一侧，可以提高沟道长度，获得更好的器件特性，且工艺上与常规对称型超结MOS完全兼容。

技术领域

本发明属于半导体技术领域，涉及一种非对称超结MOSFET结构及其制作方法。

背景技术

VDMOSFET(高压功率MOSFET)可以通过减薄漏端漂移区的厚度来减小导通电阻，然而，减薄漏端漂移区的厚度就会降低器件的击穿电压，因此在VDMOSFET中，提高器件的击穿电压和减小器件的导通电阻是一对矛盾，超结MOSFET采用新的耐压层结构，利用一系列的交替排列的P型和N型半导体薄层，在较低反向电压下将P型N型区耗尽，实现电荷相互补偿，从而使N型区在高掺杂浓度下实现高的击穿电压，从而同时获得低导通电阻和高击穿电压，打破传统功率MOSFET导通电阻的理论极限。

超结MOSFET具有导通损耗低，栅极电荷低，开关速度快，器件发热小，能效高的优点，产品可广泛用于个人电脑、笔记本电脑、上网本或手机、照明(高压气体放电灯)产品以及电视机(液晶或等离子电视机)和游戏机等高端消费电子产品的电源或适配器。

请参阅图1及图2，分别显示为常规的高压超结MOSFET结构(以下简称HV-MOS)及低压超结MOSFET结构(以下简称低压LV-MOS)。如图1所示，高压超结MOSFET包括N型重掺杂衬底101、N型轻掺杂外延层102及形成于所述N型轻掺杂外延层102中的P柱103和P型体区104，所述N型轻掺杂外延层102表面形成有栅氧化层105及多晶硅栅极106；图1中还示出了每一段沟道区的长度l。如图2所示，低压超结MOSFET包括形成于N型外延层中的多晶硅柱107及多晶硅栅极108。HV-MOS和LV-MOS都是在N型外延层上通过一定的工艺方式，形成一个纵向的沟槽结构，这样可以在器件耐压的同时，极大地降低导通电阻，提高器件性能。

但是高压MOS管和低压MOS管在器件结构和工艺方法上又有很多不同点：

1)器件横向尺寸上，HV-MOS的原胞尺寸(pitch)一般在十几微米，而LV-MOS的pitch一般只有几微米。在相同的芯片面积上，LV-MOS的原胞密度会比HV-MOS高出很多，所以低压器件对于工艺特征尺寸和光刻对准精度等要求更高，难度更大。

2)器件纵向尺寸上，HV-MOS的N型外延层厚度和沟槽深度一般有几十微米，而LV-MOS会在几个微米。对于引入的这样一个深槽结构，其深度越深，工艺难度越大，所以高压器件更加依赖于沟槽的深度和工艺；

3)沟槽的实现工艺上，HV-MOS的P柱(Ppillar-trench)是由P型杂质构成的，在N型外延层上首先利用深槽刻蚀工艺直接挖出沟槽结构，然后外延生长P型杂质层。而LV-MOS的多晶硅柱是由二氧化硅层和多晶硅层构成的，在N型外延层中挖出沟槽，然后热生长二氧化硅介质层，在进行多晶硅的淀积，形成所需的多晶硅柱。

在超结MOSFET尺寸缩小的趋势下，沟道长度也在缩短，甚至会进入亚微米区，短沟道效应越来越明显，对器件特性产生不良影响。

因此，提供一种非对称超结MOSFET结构及其制作方法以解决上述问题实属必要。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种非对称超结MOSFET结构及其制作方法，用于解决现有技术中随着器件尺寸的缩小，高压超结MOSFET面临沟道长度缩短，导致明显的短沟道效应的问题。