[发明专利]高K介质沟槽横向双扩散金属氧化物宽带隙半导体场效应管及其制作方法

说明书

本发明提出了一种具有高K介质(High‑K Dielectric Pillar，HK)沟槽横向双扩散金属氧化物宽带隙半导体场效应管(LDMOS)及其制作方法。该器件主要是在器件的漏端形成深槽高K介质层，高K介质层的下端深入到器件衬底上的外延层，上端与器件表面的漏电极相连接。在器件关断时，HK介质沟槽均匀的电场降低了器件漏端下方由柱面结产生的高峰高电场,优化了器件的纵向电场分布，提升了器件的击穿电压；而且，高K介质层与宽带隙半导体材料衬底形成MIS电容结构，在器件关断时能够有效地辅助耗尽衬底中的电荷，有效提高了器件在一定耐压下衬底的掺杂浓度即降低了衬底的电阻率。

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半导体场效应管及其制作方法。

背景技术

宽带隙半导体材料具有大的禁带宽度、高临界击穿电场、高热导率和高电子饱和漂移速度等特点，因此其在大功率、高温以及高频的电力电子领域有非常广阔的应用前景。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(Power Integrated Circuit)中。目前在以宽带隙半导体材料(典型SiC)作为衬底的横向双扩散金属氧化物半导体场效应管(LDMOS)是被广泛研究的对象之一。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(Field Plate，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相对较少。

由于横向功率器件的耐压是由横向和纵向电场综合决定的，为了提高进一步提升LDMOS的击穿电压，需要对器件的横向电场和纵向电场同时优化。对于采用RESURF等技术将器件表面电场优化到一定程度的LDMOS器件，器件的纵向电场决定了器件的整体耐压。

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宽带隙半导体场效应管，旨在优化基于宽带隙半导体材料的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宽带隙半导体场效应管，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：

所述衬底为宽带隙半导体材料，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：

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。