[发明专利]一种具有变K介质侧边的VDMOS器件

说明书

技术领域

本发明属于半导体功率器件技术领域，具体涉及一种VDMOS结构。

背景技术

功率金属氧化物半导体场效应晶体管 (Metal-Oxide-SemiconductorFieldEffectTransistor,MOSFET)是在MOS集成电 路工艺基础上发展起来的新一代电力开关器件。VDMOS器件具有输入阻抗 高、开关速度快、工作频率高、电压控制、热稳定性好等一系列独特特点， 目前已在开关稳态电源、高频加热、计算机接口电路以及功率放大器等方面 获得了广泛的应用。

为了满足开关这种功能，功率MOSFET应当满足两个重要的要求：当器 件处于开态时，有足够低的导通电阻来降低传导损失，和当器件处于关态时， 维持某一反向电压。前者需要漂移区高掺杂，而后者需要低掺杂。因此，在一 般结构中击穿电压与比导通电阻关系为R_on＝5.93×10^-9(BV)^2.5，这一关系被称 为“硅极限”，而它仅仅满足漂移区的一维电导调制。为了打破“硅极限”的 限制，一些结构被提出来，例如侧边氧化层结构金属氧化物半导体器件 (Oxide-BypassedMetal-Oxide-Semiconductor,OBMOS)等。

传统的VDMOS，如图1所示，其中多晶硅栅采用的是平面栅结构，电流 在流向与表面平行的沟道时，栅极下面由P型基区围起来的结型场效应管是电 流的必经之路，它成为电流通道上的一个串联电阻。正是由于这个串联电阻的 存在，使得传统VDMOS器件难以获得较低的通态功耗。

文献YungC.Liang,K.P.GanandGaneshS.Samudra.Oxide-Bypassed VDMOS(OBVDMOS):AnAlternativetoSuperjunctionHighVoltageMOSPower Devices.IEEEELECTRONDEVICELETTERS,2001,22(8):407-409.中提供了 一种侧氧VDMOS器件，如图2所示，其中侧面的氧化层应用于OBVDMOS 漂移区的侧面。这个厚氧化层可以提供维持高电压的区域，是因为侧壁氧化层 有助于耗尽旁边的N-层，因此可以提高N-区的掺杂浓度来打破“硅极限”的 限制。但其对于电场的调制有限，还有提高的空间。

发明内容

本发明的目的是提供一种超低比导通电阻的VDMOS器件。

本发明的核心思想是：在前述OBMOS器件结构的基础上，将侧氧层中的 二氧化硅介质变为依次填充的多种介电常数(K值)不同的介质，通过K值 不同的介质构成的侧边层产生新的电场峰，调制了VDMOS高阻漂移区的电 场分布，增强了横向电场调制效应，由此可获得一个更加均匀的电场分布，来 提高击穿电压。而且随着底部侧边层中介质介电常数的减小，击穿电压增大， 侧边层底部可以承担所需要的击穿电压；随着顶部侧边层中介质介电常数的增 大，可以耗尽更高掺杂浓度的漂移区，从而降低侧边层顶部的比导通电阻。由 此通过在侧边结构底部与顶部依次填充介电常数不同的多种介质，可以实现击 穿电压与比导通电阻更好的折衷。

本发明技术方案如下：

该VDMOS器件包括源极、隔离介质、栅极、源区、基区、漂移区、衬 底和漏极；所述源极的外侧区域向衬底方向延伸，延伸的区域依次覆盖源区、 基区以及部分漂移区，在所述延伸的区域与源区、基区以及漂移区之间设置有 L型结构的侧边层，并通过该侧边层将整个漂移区与源极延伸的区域隔离；有 别于现有技术的是：

所述L型结构的侧边层整体由多种不同K值介质依次构成，以产生新的 电场峰，调制高阻漂移区的电场分布；其中，侧边层的顶部区域的K值大于 底部区域的K值，使得侧边层的底部区域满足击穿电压的需求、同时顶部区 域满足比导通电阻的需求。

在以上方案的基础上，本发明还进一步作了如下重要优化：

所述L型结构的侧边层中，从源端到漏端方向上的部分(即附图中所示L 型结构的竖直部)记为竖向部分，该竖向部分上下厚度一致、或者靠近漏端部 分的厚度宜大于靠近源端部分的厚度。