[发明专利]高迁移率功率金属氧化物半导体场效应晶体管

说明书

本申请是申请日为2006年12月22日、申请号为200680052188.8、发明名称为“高迁移率功率金属氧化物半导体场效应晶体管”的专利申请的分案申请。

技术领域

本发明的实施例涉及半导体的设计和制作。更具体地，本发明的实施例涉及高迁移率功率金属氧化物半导体场效应晶体管的系统和方法。

背景技术

MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管)装置的导通状态(或“导通”)电阻是重要的性能指数，尤其是对于功率装置。例如，当这样的装置导通或导电时，系统功率的一部分由于装置里的电阻热而损耗。这将导致效率有害地降低。这种电阻热也会导致热损耗问题，进而可导致系统过热和/或可靠度降低。因此，特别需要低导通电阻的装置。

MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管)装置的导通电阻主要包括沟道电阻、漂移层(drift layer)电阻和衬底部件电阻。对于低压MOSFET，沟道电阻分量提供主要作用。沟道电阻与沟道中的载流子的迁移率成反比。在硅里，沟道中的载流子迁移率依赖于晶面和电流方向，对于不同类型的载流子，例如电子相对于空穴，这种依赖性不同。

MOSFET可以用晶体硅来制作。与晶格有关的几何结构通常根据密勒指数(Miller index)来描述，密勒指数依据晶体的晶轴，例如，a,b和c。当晶体是周期性的，存在等效方向和等效平面族。在这里，平面，例如从晶体锭切开的晶片的表面，用被圆括号括到里面的例如(abc)来描述。这种表示方法描述了(abc)平面和等效平面。相对于晶格的方向用被方括号括到里面的例如[abc]来描述。这种表示方法描述了[abc]方向和等效方向。

已知，在硅中电子的迁移率在(100)晶面达到最大，同时对电流的方向的依赖性小。相反，晶面的方向和电流的方向对空穴的迁移率都有很强的作用。空穴的迁移率在(110)晶面和[110]方向达到最大。

很久以前就知道，(110)晶面里的空穴的迁移率依赖于电流方向，在[110]方向达到最大(D.Colman等，Journal of Applied Physics(应用物理杂志)，pp.1923-1931，1968)。他们的实验结果显示在图1的曲线图里(传统技术)。从图1的曲线图里，比起常规的(100)方向，很明显取决于栅极偏压，在(110)晶面里的空穴的迁移率增加到多于两倍。

Plummer等(1980IEDM，pp.104-106)也已经报道了制作在沟槽侧壁平行于(110)晶面的晶片上的沟槽功率MOSFET比沟槽壁平行于(110)平面但是其电流方向也在[100]方向的相应沟槽MOSFET在较高栅极电压展示了较高的空穴迁移率。

更近地，多名作者已经重申空穴迁移率在(110)平面里和[110]方向上是最高的(H.Irie等，IEDM，pp.225-228，2004和其参考文献)。沟槽侧向装置的专利已经被授予Wendell P.Noble等(2003年6月17日公布的美国专利号6,580,154)。

然而，传统的P-沟道沟槽MOSFET装置被制作成使得空穴在沿着(100)晶面的反转沟道中运动，且电流方向在[100]方向。

因此，存在对导通电阻降低的功率MOSFET装置的需求。另外地存在对用于空穴被限制在(110)平面以及在[110]方向运动的P-沟槽功率MOSFET的系统和方法的需求。进一步存在对用于与半导体设计和制造的现有系统和方法兼容互补的功率MOSFET的系统和方法的需求。本发明的实施例提供了这些优点。

发明内容

公开了高迁移率P-沟道功率金属氧化物半导体场效应晶体管。根据本发明的实施例，功率MOSFET被制作成使空穴在反转/累积沟道中流动，该反转/累积沟道沿着(110)晶面，当相对于源极施加负电压到栅极时，电流沿[110]方向。增强的空穴沟道迁移率导致导通状态电阻的沟道部分减小，因此，有利地减少了装置的全“导通”电阻。

根据本发明的另一实施例，功率MOSFET结构包括栅极和源极。功率MOSFET还包括反转/累积沟道，其中空穴在所述反转/累积沟道中流动。沟槽沿(110)晶面对齐，当相对于源极施加负电压到所述栅极时电流沿[110] 方向。

附图说明

结合于此形成本说明书的一部分的附图示出了本发明的实施例，并且与描述一起用来解释本发明的原理。除非另有说明，附图未按照比例绘制。

图1示出了基于晶面方向的空穴迁移率的实验测量结果。

图2示出了用于制作传统的P沟道沟槽功率MOSFET的传统晶片。