[发明专利]高K介质沟槽横向双扩散金属氧化物元素半导体场效应管及其制作方法

说明书

本发明提出了一种高K介质(High‑K Dielectric Pillar，HK)沟槽横向双扩散金属氧化物元素半导体场效应管(LDMOS)及其制作方法。该器件的主要是在漏端形成深槽高介电常数介质层，高K介质沟槽层的下端深入到器件衬底上方的外延层，上端与器件的漏电极相连接。HK介质沟槽与元素半导体材料衬底形成MIS电容结构，器件关断时能够有效地辅助耗尽器件衬底的电荷，使得具有低阻衬底的LDMOS可以获得高的击穿电压；而且器件反向耐压时，HK介质沟槽均匀的电场有效调制了器件体内的电场分布，降低了器件漏端的纵向高电场，提升了器件的击穿电压，解决了LDMOS随着漂移区长度增加击穿电压易饱和的问题。

技术领域

本发明涉及功率半导体器件领域，特别是涉及一种横向双扩散金属氧化物元素半导体场效应管及其制作方法。

背景技术

随着以功率MOSFET器件为代表的新型功率半导体器件迅速发展，功率半导体器件广泛应用于计算机、照明、消费类电子、汽车电子、工业驱动等领域，功率半导体器件是绿色低功耗节能环保的核心器件。以横向双扩散MOS(Lateral Double-diffused MOS，简称LDMOS)为代表的高耐压、低导通电阻的横向功率器件具有易集成，热稳定性好，较好的频率稳定性，低功耗，多子导电，功率驱动小，开关速度高等优点被广泛应用于PIC(PowerIntegrated Circuit)中。在LDMOS等横向功率器件的设计优化过程中，随着优化表面电场的终端技术，包括降低表面电场技术(Reduced Surface Field，简称RESURF)、场板(FieldPlate，简称FP)技术、横向变掺杂(Variation of Lateral Doping，简称VLD)等技术的应用，横向功率器件的表面电场已经优化到了一定程度，然而优化器件纵向电场的技术较少。

为了提高LDMOS的击穿电压，横向电场和纵向电场需要同时优化，即横向功率器件的耐压是由横向和纵向电场综合决定的。当采用RESURF等技术将器件表面电场优化到一定程度后，器件的纵向电场决定着器件的整体耐压。

发明内容

本发明提出了一种高K介质(High-K Dielectric Pillar，HK)沟槽横向双扩散金属氧化物元素半导体场效应管，旨在优化LDMOS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：

高K介质沟槽横向双扩散金属氧化物元素半导体场效应管，包括：

半导体材料的衬底；

在衬底上生长的外延层；

在所述外延层上形成的基区和漂移区；

在所述基区上临近漂移区的一侧形成的源区和沟道，在漂移区的另一侧形成的漏区；

在基区中源区外侧形成的沟道衬底接触；

在源区和沟道衬底接触表面短接形成的源电极；

对应于沟道形成的栅绝缘层以及栅电极；

在漏区上形成的漏电极；

其特殊之处在于：

所述衬底为元素半导体材料，部分漏区刻蚀形成深沟槽，该深沟槽下端穿过漂移区深入到衬底上方的外延层，深沟槽内填充有高K介质，高K介质的深宽比主要根据器件耐压等级确定，高K介质的上端经多晶硅接触层与所述漏电极相接。

本发明还进一步作了如下优化：

多晶硅接触层和漏电极的整体厚度与栅电极的厚度相当。

高K介质的相对介电常数是100～2000。

高K介质的深度(即深沟槽的深度)与漂移区长度相关，较佳的取值为：高K介质的深度是漂移区长度的1/4～2倍。