[发明专利]一种栅控垂直双扩散金属‑氧化物半导体场效应晶体管

说明书

技术领域

本发明涉及半导体器件技术领域，特别是涉及一种垂直双扩散金属-氧化物半导体场效应晶体管。

背景技术

功率MOS场效应晶体管是在MOS集成电路工艺基础上发展起来的新一代半导体功率开关器件，二十年来取得了长足的进步，由LDMOS结构起步，经历了VVMOS、VUMOS、VDMOS、EXTFET等结构的演化，目前仍以VDMOS结构为主，垂直双扩散金属氧化物半导体(VDMOS)器件具有输入阻抗高、开关速度快、工作频率高、电压控制、热稳定性好等一系列独特特点，目前已在开关稳态电源、高频加热、计算机接口电路以及功率放大器等方面获得了广泛的应用。

为了满足功率开关的功能，功率MOSFET应当满足两个重要的要求：当器件处于开态时，有足够低的导通电阻来降低传导损耗；当器件处于关态时维持某一反向电压，且器件的漏电流很小。前者需要承担反向电压的漂移区高掺杂，而后者需要漂移区低掺杂。因此，在一般结构中击穿电压与比导通电阻关系为R_on＝5.93×10^-9(BV)^2.5，而它仅仅满足漂移区的一维电导调制。为了打破这个限制，一些结构被提出来，例如OBMOS等。

传统的VDMOS，如图1所示，其中多晶硅栅采用的是平面栅结构，电流在流向与表面平行的沟道时，栅极下面由P型基区围起来的结型场效应管是电流的必经之路，它成为电流通道上的一个串联电阻。正是由于这个串联电阻的存在，使得传统VDMOS器件难以获得较低的通态功耗。

而且对于低压器件，沟道电阻占了其中绝大部分。降低沟道电阻只能加大栅压，然而这样必然会加大开关功耗，因此研究人员把目光放在提高元胞密度上。对于普通VDMOS结构而言，现代技术进步已经达到了缩小VDMOS元胞尺寸而无法降低导通电阻的程度，主要原因也是由于JFET颈区电阻的限制，即使采用更小的光刻尺寸，特征导通电阻也难以降低。

因此降低JFET区电阻是降低VDMOS导通电阻，提高元胞密度的关键。

发明内容

为了解决现有技术中由于晶体管JFET区串联电阻无法减小而带来的功耗较大、元胞尺寸较大元胞密度不够高，无法进一步提高器件性能等问题，本发明提出一种栅控垂直双扩散金属-氧化物半导体场效应晶体管。

本发明分别就N沟道VDMOS器件、P沟道VDMOS器件给出如下解决方案。

N沟道VDMOS器件，包括栅极(1)、栅氧化层、N+源区(2)、P型基区(3)、N-漂移区(4)、N+衬底(5)、漏极(6)，其特殊之处在于：所述栅极(1)以及栅氧化层覆盖至沟道区和JFET区的整体上表面和前后侧面，其中沟道区和JFET区的整体上表面被完全覆盖。

上述沟道区和JFET区的整体前后侧面也被完全覆盖，是一种更优的设计。

上述栅极(1)在前后侧面的覆盖形状以规则图形为佳，当然，也可以是非规则图形。

上述栅极(1)在前后侧面的覆盖形状以矩形或圆形为佳，当然，也可以是其他形状。

P沟道VDMOS器件，包括栅极、栅氧化层、P+源区、N型基区、P-漂移区、P+衬底、漏极，其特殊之处在于：所述栅极以及栅氧化层覆盖至沟道区和JFET区的整体上表面和前后侧面，其中沟道区和JFET区的整体上表面被完全覆盖。

上述沟道区和JFET区的整体前后侧面也被完全覆盖，是一种更优的设计。

上述栅极在前后侧面的覆盖形状以规则图形为佳，当然，也可以是非规则图形。

上述栅极在前后侧面的覆盖形状以矩形或圆形为佳，当然，也可以是其他形状。

本发明的有益效果如下：

垂直双扩散金属-氧化物半导体场效应晶体管的沟道区和JFET区被栅电极从上表面和前后侧面包裹起来，这样在正向导通时，在栅压作用下，扩展的栅电极使得沟道区与JFET区都产生电荷的积累层，从而能明显减小导通电阻，提高输出电流。而且由于折叠式栅对JFET区电荷的控制能力，可以避免JFET区因为缩小尺寸带来的穿通问题，从而促进元胞的电荷共享作用，优化了垂直电场分布，提高了器件的击穿电压。同时JFET区尺寸缩小有利于元胞小型化，提高元胞密度，从而能够获得更大的电流。

附图说明

图1是传统VDMOS器件的横截面示意图；