[发明专利]一种具有半绝缘多晶硅层的纵向超结双扩散金属氧化物半导体场效应管

说明书

本发明提出了一种具有半绝缘多晶硅(SIPOS)层的纵向超结双扩散金属氧化物半导体场效应管(SJ‑VDMOS)，该器件主要的特征是在器件超结漂移区的侧壁形成SIPOS层，SIPOS层两端分别连接器件的栅电极和漏电极。首先SIPOS层与超结漂移区形成金属‑绝缘体‑半导体(MIS)电容结构，在器件关断时，由于MIS电容两端具有电势差，该电容辅助耗尽超结漂移区，可以有效地增加N型漂移区的掺杂浓度，从而可以使得器件的导通电阻降低；其次SIPOS层上具有均匀的电阻率，在器件关断时通过电场调制效应使得器件超结漂移区上的电场分布均匀；再次在器件开态时，由于SIPOS层与器件超结漂移区的表面存在电势差，从而在超结漂移区上形成多数载流子积累层，器件的导通电阻进一步降低。

技术领域

本发明涉及半导体器件领域，特别是涉及一种纵向超结双扩散金属氧化物半导体场效应管。

背景技术

对于高压MOSFET来说，电源的高能效要求则是影响产品未来发展的主要因素。然而在功率器件高压应用领域内，随着器件击穿电压的升高，功率VDMOS外延层厚度不断增加，漂移区掺杂浓度逐渐降低，导致器件的导通电阻会随着器件击穿电压的2.5次急剧增加，使得器件的导通损耗增大。1998年陈星弼院士等人提出了纵向耐压层新结构理论，打破了硅限理论，即日后被称为超结的耐压结构。它利用电荷补偿理论，漂移区由一系列交替高浓度掺杂的N区和P区相互补偿，使得器件漂移区的浓度由原来10¹⁴cm^-3提升至10¹⁵cm^-3。然而根据超结的电荷补偿满足的条件为公式(1)

可知在一定的N柱宽度下，N柱的掺杂浓度的最大值是确定的，即超结漂移区的掺杂浓度受到限制，从而影响了器件的导通损耗。

本发明内容

本发明提出了一种具有半绝缘多晶硅(SIPOS)层的纵向超结双扩散金属氧化物半导体场效应管，旨在进一步优化VDMOS器件击穿电压与比导通电阻的矛盾关系。

本发明的技术方案如下：

该具有半绝缘多晶硅(SIPOS)层的纵向超结双扩散金属氧化物半导体场效应管，包括：

半导体材料的衬底，兼作漏区；

在所述衬底上进行分区外延形成的超结漂移区；超结漂移区的N柱和P柱的宽度和掺杂浓度满足电荷平衡条件；

在所述超结漂移区上方再进一步外延并掺杂形成的左、右两处基区；

在所述基区上部掺杂分别形成的源区和沟道衬底接触；

在所述源区和沟道衬底接触上表面形成的源极；

在所述漏区下表面形成的漏极；

有别于现有技术的是：

在所述左、右两处基区之间刻蚀的沟槽，沟槽沿纵向穿过超结漂移区至漏区；沟槽的深宽比根据器件的超结漂移区的长度来确定，超结漂移区的长度根据击穿电压要求确定；

在所述沟槽侧壁依次形成的栅绝缘层、具有掺氧的半绝缘多晶硅层，使半绝缘多晶硅层纵向两端与器件的栅漏两端相连；

在表面成为半绝缘多晶硅层的沟槽内填充的绝缘体，绝缘体与超结漂移区纵向等高；半绝缘多晶硅层纵向表面对应于基区为重掺杂区域；

在半绝缘多晶硅层纵向表面对应于基区形成的栅极。

基于以上方案，本发明还进一步作了如下优化：