[发明专利]沟槽金属氧化物半导体场效应晶体管器件

说明书

技术领域

本发明的实施例涉及半导体器件，更具体地，本发明的实施例涉及沟槽金属氧化物半导体场效应晶体管器件。

背景技术

目前，功率器件被广泛应用于开关电源、汽车电子、工业控制等领域。沟槽金属氧化物半导体场效应晶体管(Trench-gate MOSFET)由于提高了单位面积芯片内的沟道总宽度，从而减小了漏源导通电阻Rds(on)而得到广泛应用。然而，在传统的沟槽MOSFET器件中，存在击穿电压BV和导通电阻Rds(on)之间相互制约的问题，提高击穿电压BV和降低导通电阻Rds(on)往往不能同时实现，这就导致器件在大电压下工作时会有很大的能量损耗。

发明内容

针对现有技术中的一个或多个问题，本发明的目的是提供一种沟槽金属氧化物半导体场效应晶体管器件，包括：第一导电类型的衬底；第一导电类型的外延层，位于所述衬底上，且其掺杂浓度小于所述衬底的掺杂浓度；沟槽，从所述外延层的上表面垂直向所述外延层的下表面延伸，且其未接触所述衬底的表面；第一绝缘层，位于所述沟槽内，且覆盖所述沟槽的下部分内表面；第二绝缘层，位于所述沟槽内，且覆盖所述沟槽的上部分内表面和所述第一绝缘层，其中，所述第二绝缘层的厚度小于所述第一绝缘层的厚度；多晶硅区域，位于所述沟槽内，且下表面被所述第一绝缘层覆盖，其侧壁被所述第一绝缘层或第二绝缘层覆盖；栅极，位于所述沟槽内，从所述外延层的上表面垂直向所述外延层的下表面延伸，且其侧壁和下表面被所述第二绝缘层覆盖；至少一个第二导电类型的柱状结构，位于所述外延层内，且其侧壁和下表面被所述外延层覆盖，其中，所述至少一个第二导电类型的柱状结构沿外延层纵向排列；第二导电类型的体区，其侧壁和所述沟槽的相邻侧壁相接触，且体区的下表面距离外延层上表面的距离小于栅极下表面距离外延层上表面的距离，其中，所述体区的掺杂浓度大于所述柱状结构的掺杂浓度；第一导电类型的重掺杂区域，其位于所述体区内且和所述沟槽的相邻侧壁相邻，且其掺杂浓度大于所述外延层的掺杂浓度；和源极，其位于所述体区内，从所述外延层的上表面垂直向所述体区延伸，且与第一导电类型的重掺杂区域相接触。

依据本发明提出的沟槽金属氧化物半导体场效应晶体管器件，可提高击穿电压和降低导通电阻。

附图说明

下面的附图表明了本发明的实施方式。这些附图和实施方式以非限制性、非穷举性的方式提供了本发明的一些实施例，其中：

图1示意性地示出了依据本发明一实施例的N沟道沟槽MOSFET器件；

图2示意性地示出了依据本发明一优选实施例的N沟道沟槽MOSFET器件；

图3示意性地示出了依据本发明另一实施例的N沟道沟槽MOSFET器件；

图4示意性地示出了依据本发明另一实施例的N沟道沟槽MOSFET器件；

图5示意性地示出了依据本发明另一实施例的N沟道沟槽MOSFET器件；以及

图6示意性地示出了在生产制造中，依据本发明实施例的具有多个重复单元的N沟道沟槽MOSFET器件。

具体实施方式

以下将参照附图更详细地描述本发明。在各个附图中，相同的元件采用类似的附图标记来表示。为了清楚起见，附图中的各个部分没有按比例绘制。

下面详细说明本发明实施例的新型沟槽MOSFET器件。在接下来的说明中，一些具体的细节，例如实施例中的具体掺杂类型，都用于对本发明的实施例提供更好的理解。本技术领域的技术人员可以理解，即使在缺少一些细节或者其他方法、材料等结合的情况下，本发明的实施例也可以被实现。

为减小击穿电压BV与导通电阻Rds(on)之间的矛盾，本发明提出了一种新型的沟槽金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)器件，其包括超结(super junction)结构和容性耗尽(capacitively depleted)结构。利用该包括超结结构和容性耗尽结构的沟槽MOSFET器件，可以有效减少击穿电压BV和导通电阻Rds(on)之间的矛盾，提高器件性能。

在接下来的描述中，以N沟道沟槽MOSFET器件为例，对其结构和性能进行详细描述。然而，本领域技术人员应当理解，所述结构和性能同样适用于P沟道沟槽MOSFET器件，为避免累述，本发明不再详细描述。