[发明专利]一种槽型功率MOSFET器件

说明书

 

技术领域

本发明涉及半导体功率器件和射频功率器件技术领域。

背景技术

低功耗功率MOSFET在开关模式的电源系统中起着非常重要的作用。最近二十年来，槽型VDMOS已成为低电压电源开关最成功的技术。其主要优点是高信道密度使得器件具备低导通电阻。然而，大区域的沟槽壁不利于缩小内部电容的体积，随着集成度的提高，器件开关速度降低，功率损耗增加。另外，沟槽下方外延层的中等掺杂程度使得晶体管的阻抗无法加以调整。现有的槽型VDMOS器件通常做成如图1所示结构，其中1是N⁺源区，2是N⁺漏区，3是N^-漂移区，6是沟道区，7是p阱区，16是P⁺接触区域，8是源电极，9是漏电极，10是栅电极，11是栅氧化物。由于槽栅的作用，使得器件正向导通时，不会出现JFET效应，从而导通电阻较常规结构低。但是这种结构的栅漏电容很大，这是由于栅极和漏极有较大的交叠电容，当芯片集成度提高时，这种结构存在很大的栅电荷，从而严重影响芯片的频率特性，增大了功耗。为了降低器件的栅电荷，从而保证高频工作，必须降低其栅漏电容。

为了降低栅电荷，人们提出了各种方法，文献（1）Hidefumi Takaya1，Kyosuke Miyagi1，Kimimori Hamada1，Floating Island and Thick Bottom Oxide Trench Gate MOSFET (FITMOS)^-A 60V Ultra Low On^-Resistance Novel MOSFET with Superior Internal Body Diode， Proceedings of the 17 International Symposium on Power Semiconductor Devices & IC's May 23^-26, 2005 Santa Barbara, CA，【浮空岛和底部厚

氧化物槽栅MOSFET-一种具有优质内置体二极管的60V超低导通电阻新型MOSFET】提出将槽栅氧化物直接深入漂移区，然后在槽栅底部做一个浮空的P岛（19），如图2所示。这种结构的优势在于槽栅氧化物深入漂移区，使得槽栅底部和漂移区之间的氧化物相对于常规结构更厚，从而降低了栅漏电容，使得栅电荷更小。浮空的P岛（19）可以辅助N^-漂移区（3）耗尽，从而使得器件的导通电阻有所降低。同时，由于反向耐压时，浮空P岛（19）和N^-漂移区（3）形成的反向pn结也参与耐压，所以该结构较一般结构耐压更高，在相同耐压下，可以获得更高的漂移区浓度和更低的导通电阻。但是相对于平面栅，槽栅结构底部与漂移区形成的栅漏电容仍然不可避免。同时由于结构的复杂性，增加了工艺难度，使得器件不易与大规模集成。

文献（2）steven sapp,Felton.CA (US ) ; Ashok Challa,Sandy,UT( US );Christopher B. Kocon, Mountaintop,PA(US)，”Structure and method for improving shielded gate field effect transistor”，United States Patent,Aug.3,2010. 【改进屏蔽栅场效应晶体管的新结构和方法】提出将槽栅做成两部分，如图3所示，上部分做为栅电极（10），用来形成沟道，下部分做为屏蔽栅（20）,这样，常规结构槽栅下方与漏区形成的栅漏电容就变成了两个串联的电容，一个是槽栅与屏蔽栅及其间氧化物形成的电容，一个是屏蔽栅与漂移区及其间氧化物形成的电容，这两个电容是串联关系，所以总电容减小，使得栅电荷降低。但是这种结构仍然不能完全消除槽栅底部与漂移区形成的电容。