[发明专利]一种双向耐压VDMOS器件

说明书

一种双向耐压VDMOS器件，包括：N型漏极，其上设有第一N型外延层，在第一N型外延层内设有第一P型体区，在第一P型体区两侧设有第二P型体区，其上设有第二N型外延层，在第二N型外延层上设有重掺杂N型源极，其上连接有源极金属层，在第一N型外延层、第二P型体区、第二N型外延层及N型源极内设有栅极沟槽，栅极沟槽起始于N型源极，止于第一N型外延层内，栅极沟槽底部及侧壁设有栅极氧化层，内部设有栅极多晶硅，在栅极多晶硅顶部至N型源极表面之间设有氧化层。本发明简化了传统双向开关器件的结构，大大降低了导通电阻以及损耗，提高器件的电流能力和双向耐压能力，同时其制备方法简单，成本较低。

技术领域

本发明主要涉及功率半导体器件技术领域，具体涉及一种双向耐压VDMOS(Vertical Double-diffused Metal Oxide Semiconductor，垂直双扩散金属氧化物半导体场效应晶体管)器件及其制备方法，特别适用于智能手机、笔记本电脑、数码相机等电子产品中锂电池以及太阳能电池充放电及其保护电路。

背景技术

目前，可充电锂电池由于其具有较小的芯片面积、高的能量密度等独特优势受到了诸如移动智能手机、数码相机等小体积便携式电子设备的青睐。可充电锂电池有充电和放电两种工作方式，这两种工作方式下电流的流向相反。为了防止锂电池过充电或者过放电而导致的锂电池过热、寿命缩短报废，通常锂电池保护电路中采取一种双向开关预设对比电压来避免锂电池的过充电和过放电。而由于充电与放电工作方式下电流流向相反，因此双向开关在关断时需要在正向与反向上承受锂电池电源的电压值。为了获得易驱动的MOS型双向开关，可采用以下技术方案：1)两个MOSFET管共漏反向并联以获得双向开关功能；2)将常规的MOSFET与二极管串联使用以确保双向阻断功能，再将两组上述MOSFET与二极管串联的结构反向并联以实现双向导通双向阻断功能。以上的两种技术方案需要使用多个功率器件的组合，增加了器件的损耗，降低了器件的性能，同时也增大了电池芯片的面积与成本，影响锂电池芯片在便携式电子设备中的使用。

由于电子产品正在向更小体积的趋势发展，其内部所用芯片面积需要相应减小，同时其导通电阻也需要减小。为了进一步减小手机等电子产品中芯片面积与成本，并降低其导通电阻，目前对锂电池保护电路中的双向开关研究的一个重要方面就是对双向开关的导通压降的优化提升。

发明内容

本发明针对上述方面，提出了一种双向耐压VDMOS器件及其制备方法。

本发明提供如下结构技术方案：

一种双向耐压VDMOS器件，包括：N型漏极，其上设有第一N型外延层，在第一N型外延层的上方两侧分别设有柱状第一P型体区，在两柱状第一P型体区的内侧设有第二P型体区，在第一P型体区和第二P型体区上设有第二N 型外延层，在第二N型外延层上设有重掺杂N型源极，在N型源极表面连接有源极金属层，在第一N型外延层、第二P型体区、第二N型外延层及N型源极内设有栅极沟槽，栅极沟槽起始于N型源极的表面，穿过第二N型外延层和第二P型体区并止于第一N型外延层内，栅极沟槽底部及侧壁设有栅极氧化层，在栅极沟槽内设有栅极多晶硅，在栅极沟槽内的栅极多晶硅顶部至N型源极的上表面之间设有氧化层。

本发明提供如下方法技术方案：

一种双向耐压VDMOS器件的制备方法，

第一步：首先选取N型硅材料作为N型漏极，并外延生长第一N型外延层；

第二步：利用掩膜板在第一N型外延层刻蚀出柱状第一P型体区的下半部分沟槽；

第三步：回填P型硅材料，并利用掩膜板刻蚀回填的P型硅材料形成柱状第一P型体区；

第四步：利用掩膜板选择性注入磷离子并退火激活形成第二P型体区；

第五步：再次回填N型硅材料形成第二N型外延层，表面平坦化后通过普注的形式注入砷离子并退火激活形成重掺杂N型源极；