[发明专利]高K介质沟槽横向超结双扩散金属氧化物元素半导体场效应管及其制作方法

说明书

本发明提出了一种高K介质(High‑K Dielectric Pillar，HK)沟槽横向超结双扩散金属氧化物元素半导体场效应管(SJ‑LDMOS)及其制作方法。该器件主要是在SJ‑LDMOS器件的漏端区域形成具有深沟槽的高K介质层，其上端与漏电极相连接，下端穿过超结漂移区以及缓冲层并深入到衬底上方的外延层。深沟槽的高K介质层与元素半导体材料衬底形成MIS电容结构，在器件关断时高K介质层上具有均匀的电场从而可以调制SJ‑LDMOS器件的体内的电场分布，降低了器件漏端的纵向高峰电场，解决了横向LDMOS器件随着器件漂移区长度击穿电压易饱和的问题，优化了器件击穿电压与比导通电阻之间的矛盾关系。

技术领域

本发明涉及功率半导体器件领域，特别是涉及一种横向超结双扩散金属氧化物半导体场效应管及其制作方法。

背景技术

以横向双扩散MOS(Lateral Double-diffused MOS，简称LDMOS)为代表的高耐压、低导通电阻的横向功率器件广泛应用在高压集成电路(High Voltage IntegratedCircuit，简称HVIC)和智能功率集成电路(Smart Power Integrated Circuit，简称SPIC)中。超结(Super Junction，简称SJ)技术能够使得在一定的击穿电压(Breakdown Voltage,简称BV)条件下具有非常低的导通电阻(Specific On Resistance，简称R_ON,sp)，被应用于LDMOS形成SJ-LDMOS结构打破了传统功率MOS器件的极限关系。然而在SJ-LDMOS实现的过程中遇到了许多问题，包括衬底辅助耗尽效应(Substrate Assisted Depletion,简称SAD)等问题。随之国际上提出了一些消除SAD的器件结构，其中采用缓冲层结构的Buffered SJ-LDMOS器件能够有效地消除器件本身的SAD问题。然而，随着SJ-LDMOS器件漂移区长度的增加，在器件表面电场采用降低表面电场(Reduced Surface Field，简称RESURF)等技术优化的条件下，器件的纵向电场分布并没有优化，从而限制了SJ-LDMOS器件的BV。

由于横向功率器件的耐压是由横向和纵向电场综合决定的，为了提高SJ-LDMOS的击穿电压，器件的横向电场和纵向电场需要同时优化。目前，优化SJ-LDMOS器件纵向电场的技术较少。

发明内容

本发明提出高K介质(High-K Dielectric Pillar，HK)沟槽横向超结双扩散金属氧化物元素半导体场效应管，旨在优化SJ-LDMOS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：

该高K介质沟槽横向超结双扩散金属氧化物元素半导体场效应管，包括：

半导体材料的衬底；

在衬底上生长的外延层；

在所述外延层上形成的基区和缓冲层；缓冲层掺杂的浓度与缓冲层厚度的乘积满足电荷平衡原理以消除衬底辅助耗尽效应；

在所述缓冲层上形成的超结漂移区，超结漂移区由若干相间排列的N柱和P柱构成；

在所述基区上临近超结漂移区的一侧形成的源区和沟道，在超结漂移区的另一侧形成的漏区；

在基区中源区外侧形成的沟道衬底接触；

在源区和沟道衬底接触表面短接形成的源电极；

对应于沟道形成的栅绝缘层以及栅电极；

在漏区上形成的漏电极；

其特殊之处在于：