[发明专利]具有电荷补偿块的垂直双扩散金属氧化物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电荷补偿块的垂直双扩散金属氧化物半导体场效应管(VDMOS)及其制作方法。该器件在N+型碳化硅半导体衬底材料上表面形成掺杂浓度较小的N型碳化硅外延层，在VDMOS器件的N型碳化硅漂移区中再形成多层P型电荷补偿块；在此基础之上形成新型碳化硅VDMOS器件的有源区。该结构利用多层P型碳化硅电荷补偿块产生的新电场峰对VDMOS器件的纵向电场进行调制，优化器件击穿电压与比导通电阻矛盾的同时，充分利用了宽带隙半导体材料高临界击穿电场等特点，形成具有低比导通电阻和高击穿电压的碳化硅新型VDMOS；另外碳化硅材料的高热导率特性有利于VDMOS器件的散热，器件的性能得到了有效改善。

技术领域

本发明涉及功率半导体器件领域，尤其涉及一种垂直双扩散金属氧化物半导体场效应管。

背景技术

功率半导体器件是指主要用于电力设备的电能变换和控制电路方面的大功率电子器件。随着电力电子技术的迅速发展，功率半导体器件已经广泛应用于现代工业控制和国防装备中。纵向双扩散金属氧化物半导体场效应晶体管(VDMOS，Vertical Double-diffusion Metal Oxide Semiconductor)以其开关速度快、损耗小、输入阻抗高、驱动功率小、频率特性好、跨导高线性度高等特性常用于功率集成电路与功率集成系统中。

然而VDMOS功率器件最主要的问题就是器件的比导通电阻随着击穿电压的增加而急剧增大，这在很大程度上限制了VDMOS功率器件的发展与应用。

发明内容

本发明提出一种具有电荷补偿块的碳化硅垂直双扩散金属氧化物半导体功率器件，旨在进一步优化VDMOS的击穿电压和比导通电阻，改善器件性能。

本发明的技术方案如下：

该具有电荷补偿块的垂直双扩散金属氧化物半导体场效应管，包括：

半导体材料的N+型衬底，兼作漏区；

在所述N+型衬底上表面形成的相同半导体材料的N型外延层；

在所述N型外延层上部区域靠近两侧形成的两处P型基区；

在每一处P型基区中形成的沟道以及N+型源区和P+沟道衬底接触，其中N+型源区与沟道邻接，P+沟道衬底接触相对于N+型源区位于沟道远端；

栅氧化层，位于所述N型外延层上表面，覆盖两处P型基区之间的部分以及相应的两处沟道；

栅极，位于栅氧化层上表面；

源极，覆盖于P+沟道衬底接触与N+型源区相接区域的上表面；两处源极共接；

漏极，位于所述N+型衬底下表面；

有别于现有技术的是：

所述N+型衬底和N型外延层均为宽带隙半导体材料；在所述N型外延层中，对应于两处P型基区，分别沿纵向间隔分布有多层相同半导体材料的P型电荷补偿块；

P型电荷补偿块的横向宽度从P型基区到N+型衬底呈现依次减小的趋势，其最大横向宽度不超过P型基区的横向宽度；P型电荷补偿块的掺杂浓度从P型基区到N+型衬底则呈现依次增大的趋势；

N型外延层的掺杂浓度比N+型衬底的掺杂浓度低4-6个数量级，P型电荷补偿块的掺杂浓度比N+型衬底的掺杂浓度低3-5个数量级。

N型外延层和P型电荷补偿块的具体厚度、间距和掺杂浓度由器件的耐压要求决定。

基于以上方案，本发明还进一步作了如下优化：

所述宽带隙半导体材料为氮化镓、碳化硅或金刚石。

所述P型基区、N+型源区、P+沟道衬底接触以及沟道，是在N型外延层上部区域采用离子注入以及双扩散技术形成的。