[发明专利]具有倾斜超结漂移结构的DMOS晶体管

说明书

技术领域

本发明涉及DMOS晶体管，并且更具体地涉及具有倾斜超结漂移结构的DMOS晶体管。

背景技术

金属氧化物半导体（MOS）晶体管是一种众所周知的器件，其具有重掺杂的源极半导体区和漏极半导体区，二者通过相反导电类型的轻掺杂沟道半导体区分隔开。MOS晶体管也具有位于沟道半导体区上方的氧化层以及接触该氧化层并位于沟道半导体区上方的金属栅极。除了金属之外，MOS晶体管的栅极通常也由掺杂的多晶硅形成。

双扩散MOS（DMOS）晶体管是具有大的轻掺杂漏极半导体区（被称为漂移区）的功率晶体管，该漏极半导体区接触沟道半导体区且一般位于沟道半导体区和重掺杂的漏极半导体区之间。DMOS晶体管通常形成为源区和漏区水平地间隔开的横向器件和源区和漏区垂直地间隔开的垂直器件。

在操作中，垂直DMOS晶体管通常比横向DMOS晶体管提供更好的性能（例如较低的通路状态漏源电阻（drain-to-source resistance））。然而，横向DMOS晶体管通常更易于制造并因此比垂直DMOS晶体管在生产上更便宜。

图1示出一种常规垂直DMOS晶体管100。如图1所示，垂直DMOS晶体管100包括半导体结构110，如衬底或外延层。半导体结构110进而具有n+漏区112、接触n+漏区112并位于其上方的n-漏区（漂移区）114以及接触n-漂移区114并位于其上方的p-体区116。

半导体结构110也包含延伸穿过p-体区116进入n-漂移区114中的开口122。开口122具有底表面124和侧壁表面125。另外，半导体结构110包含接触p-体区116的n+源区126A和126B。取决于所利用的垂直DMOS体系结构，源区126A和126B可以被间隔开或彼此接触作为单一区。如图所示，n-漂移区114和n+源区126A和126B被垂直地间隔开，并且分别通过p-体区116的沟道区128A和128B分隔开。

如图1进一步所示，垂直DMOS晶体管100也包含接触n-漂移区114和p-体区116以便以线条标示开口122的底表面124和侧壁表面125的栅极氧化层136。另外，垂直DMOS晶体管100也包含接触栅极氧化层136的栅极142。导电的栅极142位于开口122内并填充开口122的剩余部分。

在操作中，将第一正电压施加在n+漏区112上，并且将第二正电压施加在栅极142上，同时将接地电压施加在p-体区116和n+源区126A和126B上。响应于这些偏置条件，p-体区116的沟道区128A和128B反转，并且电子从n+源区126A和126B流到n+漏区112。

DMOS晶体管的一个重要特征是晶体管的击穿电压BVdss，其为结（junction）被击穿并且电流在n-漂移区和p-体区之间不期望地流动时的漏体电压（drain-to-body voltage）。由于DMOS晶体管是功率晶体管，因此需要处理更大的电压并且需要增加晶体管的击穿电压BVdss。DMOS晶体管的另一个重要特征是通路状态漏源电阻r_DS(ON)。如刚刚提到的，DMOS晶体管是功率晶体管，因此当其被打开时可传递大电流。由此，需要减少晶体管的通路状态漏源电阻r_DS(ON)。

附图说明

图1是常规垂直DMOS晶体管的横截面图。

图2A-2C是根据本发明的原理的示例性DMOS晶体管的横截面透视图、侧面图和平面图。

图3是图2A-2C的示例性DMOS晶体管的修改形式的横截面图。

图4A-4C是与图2A-2C的那些相对应的另一种形式的DMOS晶体管的视图。

图5A和图5B是与图2B和2C的那些相对应的另一种形式的DMOS晶体管的视图。

图6A和图6B是另一种形式的DMOS晶体管的类似视图。

图7和图8是其他形式的DMOS晶体管的横截面图。

图9A-9L是示出根据本发明的原理形成DMOS晶体管的示例性方法中的步骤的横截面图。

图10是示出形成DMOS晶体管的示例性方法的横截面图。

图11A-11E是示出形成DMOS晶体管的示例性方法的设计图。

具体实施方式

图2A-2C示出根据本发明的DMOS晶体管200的示例性实施例。如下面更详细地描述，DMOS晶体管200通过利用倾斜超结漂移结构来增加击穿电压BVdss并降低导通状态漏源电阻r_DS(ON)。