[发明专利]一种具有高K电荷补偿纵向双扩散金属氧化物宽带隙半导体场效应晶体管

说明书

本发明提出了一种具有高K电荷补偿纵向双扩散金属氧化物宽带隙半导体场效应晶体管(VDMOS)，该器件主要是在器件栅电极下方的漂移区形成电荷补偿层并在侧壁填充高介电常数(High K)介质层。器件关断时电荷补偿层与High K介质层上具有均匀的电场，通过电场调制使得器件的漂移区内电场分布均匀。同时，电荷补偿层与High K介质层共同辅助耗尽漂移区，大幅度提高了器件漂移区的耗尽能力使得器件的漂移区掺杂浓度增加，降低了器件的导通电阻。器件开启时漂移区的侧壁上具有多数载流子积累层，使得器件的导通电阻进一步降低。

技术领域

本发明涉及半导体器件领域，特别是涉及一种沟槽(Trench)型的纵向双扩散金属氧化物半导体场效应晶体管。

背景技术

随着功率MOSFET器件代表新型功率半导体器件迅速发展，功率半导体器件广泛的应用于计算机、照明、消费类电子、汽车电子、工业驱动等领域。20世纪80年代后期，由于刻槽技术在制作DRAM芯片中的电荷存储电容中的应用，使得刻槽技术得以发展，后来功率半导体界采用该工艺开发槽型栅结构。采用U型沟槽结构使得器件的导通沟道由横向变为纵向，有效地消除了JFET的电阻，增加了原胞密度，提高了器件的电流处理能力。为了进一步提高器件内的电流密度，减小器件导通电阻，目前通常考虑的是通过超结结构对器件进改进。

发明内容

本发明提出了一种具有高K电荷补偿纵向双扩散金属氧化物宽带隙半导体场效应晶体管(VDMOS)，旨在优化宽带隙半导体VDMOS器件击穿电压与比导通电阻的矛盾关系。

本发明的技术方案如下：

该具有高K电荷补偿纵向双扩散金属氧化物宽带隙半导体场效应晶体管(VDMOS)，包括：

半导体材料的衬底，兼作漏区；

在衬底上外延生长形成漂移区；

在漂移区中间刻蚀形成的沟槽；

在漂移区上部两边掺杂分别形成的左、右两处基区；

在基区上部掺杂形成的源区以及进一步形成的源极；

在漏区下表面形成的漏极；

其特殊之处在于：

所述衬底的材料是宽带隙半导体材料；

所述沟槽沿纵向穿过漂移区至漏区；漂移区的长度根据器件的击穿电压要求确定；

所述沟槽的侧壁对应于漂移区的纵向范围覆盖High K介质层，覆盖厚度(宽度)根据器件的击穿电压要求确定；在表面成为High K介质层的沟槽内自下而上依次填充有电荷补偿薄层、阻断层以及电荷补偿主体层，其中电荷补偿主体层占据沟槽纵向范围主体区域；所述电荷补偿主体层与阻断层、阻断层与电荷补偿薄层分别形成PN结，以防止电荷补偿区域内部正向或反向导通；所述电荷补偿主体层和电荷补偿薄层为掺杂类型与漂移区相反的宽带隙半导体材料，所述阻断层为掺杂类型与所述电荷补偿主体层相反的宽带隙半导体材料；

所述沟槽的侧壁对应于基区和源区的纵向范围覆盖栅绝缘层，使High K介质层的两端分别连接器件的栅绝缘层和漏区；由左、右两处栅绝缘层和电荷补偿主体层围成的凹槽内填充为栅极；

电荷补偿主体层的上部进行同类型重掺杂以避免栅穿通。

在以上方案的基础上，本发明还作了如下优化：

High K介质层的相对介电常数为100～2000，覆盖厚度(宽度)的典型值为0.1～0.2μm。

电荷补偿主体层和电荷补偿薄层掺杂浓度的典型值为(1×10¹⁴－1×10¹⁵)cm^-3。