[发明专利]一种具有电荷平衡结构的沟槽MOSFET及其制作方法

说明书

本发明公开了一种具有电荷平衡结构的沟槽MOSFET及其制作方法。它包括第一导电类型的衬底，衬底上侧生长外延，外延中部刻蚀形成第一沟槽，第一沟槽的表面生长有第一导电类型的连接层，连接层内侧的第一沟槽内经外延生长形成第二导电类型的柱区，第一沟槽两侧的外延内刻蚀形成第二沟槽，第二沟槽的表面长有氧化层，氧化层的上表面长有高K介质层。在第一沟槽内形成电荷平衡结构，引入平行电场，改变漂移区的电场分布，提高器件耐压，降低Rsp(单位面积电阻率)，从而降低导通损耗，第二沟槽内采用高K介质材料，可优化第二深槽对BVDSS的制约作用，进一步优化器件性能，与现有工艺平台兼容，工艺实现简单且工艺窗口足够。

技术领域

本发明涉及具有电荷平衡结构的沟槽MOSFET及其制作方法技术领域，具体涉及一种具有电荷平衡结构的沟槽MOSFET及其制作方法。

背景技术

普通沟型MOSFET产品主要依靠漂移区承受耐压，一般通过提高外延电阻率和厚度来增加漂移区宽度的方式，提高击穿电压(BVDSS)，相应地，器件的导通电阻(Rdson)也会急速增加，Rdson和BVDSS存在2.5倍的制约关系。

虽然沟槽型MOSFET在漂移区内引入横向电场，可改善Rdson和BVDSS的制约关系。但由于栅氧化层和输入电容(Ciss)的限制，结合工艺难度，沟槽深度不能无限增加。随着BVDSS的增加，沟槽的作用逐渐降低。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的不足，提供一种具有电荷平衡结构的沟槽MOSFET及其制作方法。

为实现上述目的，本发明提供了一种具有电荷平衡结构的沟槽MOSFET，包括第一导电类型的衬底，所述衬底上侧制作有外延，所述外延中部刻蚀形成第一沟槽，所述第一沟槽的表面生长有第一导电类型的连接层，所述连接层内侧的第一沟槽内经外延生长形成第二导电类型的柱区，所述第一沟槽两侧的外延内刻蚀形成第二沟槽，所述第二沟槽的表面长有氧化层，所述氧化层的上表面长有高K介质层，所述高K介质层外侧的第二沟槽内设有掺杂的多晶，所述外延的上侧制作有第二导电类型的体区，所述体区的上侧制作有第一导电类型的掺杂区，所述掺杂区、第一沟槽和第二沟槽的上侧沉积有介质层，所述介质层、掺杂区和体区上刻蚀形成连接孔，所述连接孔的下端深入至第一沟槽上方的体区内，所述介质层的上侧和连接孔内设置有金属。

进一步的，所述第一沟槽的和第二沟槽的宽度均为0.2-1.2μm，所述第二沟槽的深度为0.6-2μm，所述第一沟槽的深度大于第二沟槽深度0.5μm以上。

进一步的，所述第一沟槽和第二沟槽的宽度均从上端至底端逐渐减小，所述第一沟槽的侧壁的倾斜角度为88°-89°，所述第二沟槽的侧壁的倾斜角度为89°。

进一步的，所述外延的电阻率为0.1-3Ω.cm，所述连接层的电阻率比外延的电阻率低60％-80％，所述柱区的电阻率比外延的电阻率低40％-60％。

进一步的，所述连接层的厚度为第一沟槽的宽度的八分之一至十二分之一。

在第二方面，本发明提供了一种如上述的具有电荷平衡结构的沟槽MOSFET的制作方法，包括：

提供第一导电类型的衬底，并在所述衬底上侧制作外延；

在所述外延上侧沉积一层掩膜，并在外延的中部刻蚀形成第一沟槽；

在所述第一沟槽的表面长一层第一导电类型的连接层；

在所述连接层内侧的第一沟槽内生长第二导电类型的外延，以形成柱区，

并将露出第一沟槽上端的柱区去除；

在所述外延的上侧长掩蔽层，并在所述第一沟槽的两侧的外延内刻蚀形成第二沟槽；

在所述第二沟槽的表面长氧化层，并在所述氧化层的上表面长高K介质层；