[发明专利]一种具有半绝缘多晶硅层的纵向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)层的纵向双扩散金属氧化物半导体场效应管(VDMOS)，该器件主要的特征是在器件漂移区的侧壁形成SIPOS填充层，SIPOS填充层两端分别连接器件的栅漏两端。一方面，由于SIPOS层具有均匀的电阻率，在器件关断时，SIPOS上具有均匀的电场。根据电位移连续方程可知，器件漂移区上的电场受到SIPOS上均匀电场的调制变得更加均匀。并且SIPOS层使得VDMOS器件漂移区的耗尽增强，从而器件漂移区的掺杂浓度提高，使得器件在导通时具有较低的导通电阻。另一方面，在器件开态时，由于SIPOS层与器件漂移区表面具有电势差，使得器件漂移区存在多数载流子积累，从而使得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，特别是涉及一种沟槽(Trench)型的纵向双扩散金属氧化物半导体场效应管。

背景技术

功率半导体器件的发展，使得电子产品进入到了一个新阶段。功率MOSFET是多子导电的器件，具有开关速度快、输入阻抗高、易驱动、不存在二次击穿现象等优点。在1985年由D.Ueda等人提出了沟槽(Trench)MOS结构。采用U型沟槽结构使得器件的导通沟道由横向变为纵向，有效地消除了JFET的电阻，大大增加了原胞密度，提高了器件的电流处理能力。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。

发明内容

本发明提出了一种具有半绝缘多晶硅(SIPOS)层的纵向双扩散金属氧化物半导体场效应管(VDMOS)，旨在优化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：

一种具有半绝缘多晶硅(SIPOS)层的纵向双扩散金属氧化物半导体场效应管(VDMOS)，包括：

半导体材料的衬底，兼作漏区；

在衬底上外延生长形成的漂移区；

在所述漂移区上表面掺杂形成的左、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，还包括：

在所述左、右两处基区之间刻蚀的沟槽，沟槽沿纵向穿过漂移区至衬底漏区；沟槽的深宽比根据器件的漂移区的长度来确定，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。

在以上方案的基础上，本发明还作了如下优化：

击穿电压要求600V时，则深宽比为1:15～1:25；击穿电压要求200V时，则深宽比为1:3-1:6。

半绝缘多晶硅层的厚度为0.2～1.5μm。

半绝缘多晶硅层的掺氧比例为15％～35％，其相应电阻率为10⁹～10¹¹Ω·cm。

半绝缘多晶硅层中所述重掺杂区域的掺杂浓度为10¹⁸～10²⁰cm^-3。

栅绝缘层的厚度为0.02～0.1μm。