專利名稱：一種雙柵功率mosfet器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于半導(dǎo)體功率器件技術(shù)領(lǐng)域，涉及具有雙柵結(jié)構(gòu)的低功耗MOS控制半導(dǎo)體功率器件。
背景技術(shù)：
功率MOSFET (metal oxide semiconductor Field-Effect Transistor)是多子導(dǎo)電型器件，具有輸入阻抗高、易驅(qū)動、速度快、頻率高、導(dǎo)通電阻具有正溫度系數(shù)、安全エ、作區(qū)寬以及可并聯(lián)使用等諸多優(yōu)點。這些優(yōu)點使其在エ業(yè)控制、航天、通信、汽車、計算機及便攜式電器、家電、辦公用品等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，尤其是在開關(guān)電源方面的應(yīng)用取得了迅速發(fā)展，大大提高了電子系統(tǒng)的效率。槽柵結(jié)構(gòu)的器件有如下優(yōu)點首先，可以增加封裝密度，從而提高溝道密度和電流密度；其次，槽柵結(jié)構(gòu)器件的溝道長度不受光刻エ藝的限制，溝道可以做得較短，從而降低導(dǎo)通電阻(以上兩點均會增加槽柵結(jié)構(gòu)器件的電流承受能力)；第三，槽柵MOSFET能夠避免JFET(Juncti-on Field-Effect-Transistor,結(jié)型場效應(yīng)晶體管)效應(yīng)和二次擊穿效文獻([Reduced on-resistance in LDMO S devices by integrat-ing trenchgates into planar technology], IEEE Electron Dev.Lett. , 2010,31 (5), pp.464-466)指出，對于功率 LDMOS (Lateral Double-diffused Metal-Oxide-SemiconductorField-Effect-Transistor,橫向雙擴散金屬-氧化物-半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管)來說，由于槽柵的引入，使得漂移區(qū)的電流不再集中于表面，電流流通面積比較大，從而降低了導(dǎo)通電阻。文獻(TrenchGate Integration into Planar Technology for ReducedOn-resistance in LDMOS Devices，ISPSD，2010)針對 LDMOS 功率器件提出了ー種雙柵結(jié)構(gòu)的思想，在很大程度上降低了溝道電阻。但是經(jīng)過槽柵通道的電流要經(jīng)過一段很長的漂移區(qū)，而且這個漂移區(qū)的濃度較低，這限制了導(dǎo)通電阻的進ー步降低。

發(fā)明內(nèi)容
為了進一歩降低雙柵結(jié)構(gòu)的LDMOS器件的導(dǎo)通電阻和功耗，本發(fā)明提供一種雙柵功率MOSFET器件，該器件結(jié)構(gòu)采用半導(dǎo)體埋層縮短了電流導(dǎo)通路徑，同時采用雙柵結(jié)構(gòu)形成雙電流通道，提高電流流通面積，大大降低導(dǎo)通電阻和功耗；對于相同的器件橫向尺寸，器件耐壓僅略微下降。本發(fā)明技術(shù)方案如下一種雙柵功率MOSFET器件，如圖2 圖7所示，包括第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體襯底I、第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體有源層3、平面柵結(jié)構(gòu)7、溝槽柵結(jié)構(gòu)8、源極結(jié)構(gòu)和漏極結(jié)構(gòu)，其中第ニ導(dǎo)電類型半導(dǎo)體有源層3的頂部具有第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體體區(qū)9。所述源極結(jié)構(gòu)包括源極金屬、第二導(dǎo)電類型的重?fù)诫s半導(dǎo)體源極接觸區(qū)11和第一導(dǎo)電類型的重?fù)诫s半導(dǎo)體體接觸區(qū)10，其中第二導(dǎo)電類型的重?fù)诫s半導(dǎo)體源極接觸區(qū)11包括第二導(dǎo)電類型的第一重?fù)诫s半導(dǎo)體源極接觸區(qū)Ila和第二導(dǎo)電類型的第二重?fù)诫s半導(dǎo)體源極接觸區(qū)11b，第二導(dǎo)電類型的第一重?fù)诫s半導(dǎo)體源極接觸區(qū)Ila和第二導(dǎo)電類型的第二重?fù)诫s半導(dǎo)體源極接觸區(qū)IIb分別位于第一導(dǎo)電類型的重?fù)诫s半導(dǎo)體體接觸區(qū)10的左右兩側(cè)；第二導(dǎo)電類型的第一重?fù)诫s半導(dǎo)體源極接觸區(qū)11a、第一導(dǎo)電類型的重?fù)诫s半導(dǎo)體體接觸區(qū)10和第二導(dǎo)電類型的第二重?fù)诫s半導(dǎo)體源極接觸區(qū)Ilb三者并排位于第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體體區(qū)9中并與源極金屬下表面相連。所述平面柵結(jié)構(gòu)7和溝槽柵結(jié)構(gòu)8位于所述源極結(jié)構(gòu)的兩側(cè)，其中平面柵結(jié)構(gòu)7位于所述源極結(jié)構(gòu)和漏極結(jié)構(gòu)之間。所述平面柵結(jié)構(gòu)7位于第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體體區(qū)9上方，由平面柵介質(zhì)及其上面的導(dǎo)電材料構(gòu)成。所述溝槽柵結(jié)構(gòu)8與第二導(dǎo)電類型的第一重?fù)诫s半導(dǎo)體源極接觸區(qū)Ila和第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體體接觸區(qū)10接觸并縱向伸入第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體有源層3中，由溝槽柵介質(zhì)4和溝槽柵介質(zhì)4所包圍的導(dǎo)電材料13構(gòu)成。所述溝槽柵結(jié)構(gòu)和平面柵結(jié)構(gòu)采用金屬導(dǎo)線實現(xiàn)等電位連接。所述漏極結(jié)構(gòu)包括漏極金屬和第二導(dǎo)電類型的重?fù)诫s半導(dǎo)體漏極接觸區(qū)12，所述第二導(dǎo)電類型的重?fù)诫s半導(dǎo)體漏極接觸區(qū)12由彼此相連的縱向第二導(dǎo)電類型的重?fù)诫s半導(dǎo)體漏極接觸區(qū)12a和橫向第二導(dǎo)電類型的重?fù)诫s半導(dǎo)體漏極接觸區(qū)12b構(gòu)成；所述縱向第二導(dǎo)電類型的重?fù)诫s半導(dǎo) 體漏極接觸區(qū)12a位于第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體有源層3中，其頂端與漏極金屬相連、其底端與橫向第二導(dǎo)電類型的重?fù)诫s半導(dǎo)體漏極接觸區(qū)12b相連；所述橫向第二導(dǎo)電類型的重?fù)诫s半導(dǎo)體漏極接觸區(qū)12b位于第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體襯底I和第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體有源層3之間，形成第二導(dǎo)電類型的重?fù)诫s半導(dǎo)體埋層。上述技術(shù)方案中所述溝槽柵結(jié)構(gòu)的溝槽柵介質(zhì)4的厚度在縱向方向上可以是上下厚度一致(如圖2所示)或上薄下厚(如圖3所示),材料可以是SW2' Si3N4^ A1203、AlN或HfO2 ;所述第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體有源層3的材料包括5し51(、5166、6&48或6&1本發(fā)明提供的雙柵功率MOSFET器件，在版圖設(shè)計時，可以是漏極結(jié)構(gòu)位于器件中心，而溝槽柵結(jié)構(gòu)位于器件外圍(如圖5所示);所述縱向第二導(dǎo)電類型的重?fù)诫s半導(dǎo)體漏極接觸區(qū)12a的俯視圖形可以為圓形、正多邊形或條形；與之對應(yīng)的所述第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體體區(qū)9、第二導(dǎo)電類型的重?fù)诫s半導(dǎo)體源極接觸區(qū)11、第一導(dǎo)電類型的重?fù)诫s半導(dǎo)體體接觸區(qū)10和所述溝槽柵結(jié)構(gòu)的俯視圖形則為圓形環(huán)帶或條形。對于俯視圖形為圓形的漏極結(jié)構(gòu)，且與之對應(yīng)的所述第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體體區(qū)9、第二導(dǎo)電類型的重?fù)诫s半導(dǎo)體源極接觸區(qū)11、第一導(dǎo)電類型的重?fù)诫s半導(dǎo)體體接觸區(qū)10和所述溝槽柵結(jié)構(gòu)的俯視圖形為圓形環(huán)帶的器件結(jié)構(gòu)，具有最佳的對稱型，且減弱了曲率效應(yīng)，因而耐壓最高，且節(jié)省芯片面積。本發(fā)明提供的雙柵功率MOSFET器件，在版圖設(shè)計時，也可以是溝槽柵結(jié)構(gòu)位于器件中心，而漏極結(jié)構(gòu)位于器件外圍(如圖7所示)。所述溝槽柵結(jié)構(gòu)俯視圖形可以為圓形、正多邊形或條形；與之對應(yīng)的所述第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體體區(qū)9、第二導(dǎo)電類型的重?fù)诫s半導(dǎo)體源極接觸區(qū)11、第一導(dǎo)電類型的重?fù)诫s半導(dǎo)體體接觸區(qū)10和縱向第二導(dǎo)電類型的重?fù)诫s半導(dǎo)體漏極接觸區(qū)12a的俯視圖形則為圓形環(huán)帶或條形。對于俯視圖形為圓形溝槽柵結(jié)構(gòu)，且與之對應(yīng)的所述第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體體區(qū)9、第二導(dǎo)電類型的重?fù)诫s半導(dǎo)體源極接觸區(qū)11、第一導(dǎo)電類型的重?fù)诫s半導(dǎo)體體接觸區(qū)10和縱向第二導(dǎo)電類型的重?fù)诫s半導(dǎo)體漏極接觸區(qū)12a的俯視圖形為圓形環(huán)帶的器件結(jié)構(gòu)，具有最佳的對稱型，且減弱了曲率效應(yīng)，因而耐壓最高，且節(jié)省芯片面積。
本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明提供的雙柵功率MOSFET器件在導(dǎo)通狀態(tài)下，由于本發(fā)明結(jié)構(gòu)采用了第二導(dǎo)電類型的埋層結(jié)構(gòu)ー即橫向第二導(dǎo)電類型的重?fù)诫s半導(dǎo)體漏極接觸區(qū)12b，縮短了電流導(dǎo)通路徑，同時采用雙柵結(jié)構(gòu)形成雙電流通道，提高電流流通面積，大大降低導(dǎo)通電阻和功耗；對于相同的器件橫向尺寸，器件耐壓僅略微下降。


圖I是常規(guī)LDMOS器件剖面結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本發(fā)明提供的雙柵功率MOSFET器件(N溝道)的剖面結(jié)構(gòu)示意圖(槽柵介質(zhì)上薄下厚)。圖3是本發(fā)明提供的雙柵功率MOSFET器件(N溝道)的剖面結(jié)構(gòu)示意圖(槽柵介質(zhì)厚度均勻)。圖4是本發(fā)明提供的雙柵功率MOSFET器件(P溝道)的剖面結(jié)構(gòu)示意圖(槽柵介質(zhì)·厚度均勻)。圖5是漏極結(jié)構(gòu)位于器件中心的具有旋轉(zhuǎn)軸對稱結(jié)構(gòu)的雙柵MOSFET器件俯視結(jié)構(gòu)示意圖(xz平面);AA'沿X方向;縱向即為y方向；器件以通過漏極金屬D中心的y軸呈旋轉(zhuǎn)對稱結(jié)構(gòu)。圖6是漏極結(jié)構(gòu)位于器件中心的具有平面對稱結(jié)構(gòu)的雙柵MOSFET器件俯視結(jié)構(gòu)示意圖(XZ平面)；AA'沿X方向，BB'沿Z方向，縱向即為y方向；器件以通過BB'的yz平面呈平面對稱結(jié)構(gòu)。圖7是溝槽柵結(jié)構(gòu)位于器件中心的具有旋轉(zhuǎn)軸對稱結(jié)構(gòu)的雙柵MOSFET器件俯視結(jié)構(gòu)示意圖(xz平面);AA'沿X方向；縱向即為y方向；器件以通過溝槽柵結(jié)構(gòu)中心的y軸呈旋轉(zhuǎn)對稱結(jié)構(gòu)。圖8是溝槽柵結(jié)構(gòu)位于器件中心的具有平面對稱結(jié)構(gòu)的雙柵MOSFET器件俯視結(jié)構(gòu)示意圖(xz平面);AA'沿X方向，BB'沿z方向，縱向即為y方向；器件以通過BB'的yz平面呈平面對稱結(jié)構(gòu)。圖9是正向電流電壓特性比較示意圖(半個元胞)。圖10是ニ維電流線分布比較示意圖(半個元胞)。圖11是反向電流電壓特性比較示意圖(半個元胞)。附圖標(biāo)記I是第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體襯底；3是第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體有源層；4是溝槽柵介質(zhì)；7是平面柵結(jié)構(gòu)；8是溝槽柵結(jié)構(gòu)；9是第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體體區(qū)；10是第一導(dǎo)電類型的重?fù)诫s半導(dǎo)體體接觸區(qū)；lla是第二導(dǎo)電類型的第一重?fù)诫s半導(dǎo)體源極接觸區(qū)；llb是第二導(dǎo)電類型的第二重?fù)诫s半導(dǎo)體源極接觸區(qū)；12a是縱向第二導(dǎo)電類型的重?fù)诫s半導(dǎo)體漏極接觸區(qū)12a ；12b是橫向第二導(dǎo)電類型的重?fù)诫s半導(dǎo)體漏極接觸區(qū)；13是溝槽柵導(dǎo)電材料；21是溝槽柵極金屬；22是平面柵極金屬；S是源極；D是漏極；G是柵扱。
具體實施例方式為了使本發(fā)明的技術(shù)方案更加清楚和明白，以下參照附圖并結(jié)合具體實施例，對本發(fā)明進行更詳細的描述。附圖是示意性的，并不一定按尺寸比例繪制，貫穿附圖相同的附圖標(biāo)記表示相同的部分。本發(fā)明的技術(shù)方案是，充分利用槽柵結(jié)構(gòu)、平面柵結(jié)構(gòu)以及半導(dǎo)體埋層，即利用雙柵結(jié)構(gòu)配合半導(dǎo)體埋層，對雙柵MOSFET器件的電氣性能進行了綜合改進和提高。為了方便描述，本發(fā)明的雙柵MOSFET器件有時也簡稱為器件。<實施例1>圖I是作為比較的常規(guī)LDMOS器件剖面結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明提出的N溝道雙柵MOSFET器件剖面結(jié)構(gòu)示意圖。一種雙柵功率MOSFET器件，如圖2，包括P型半導(dǎo)體襯底I、N型半導(dǎo)體有源層3、平面柵結(jié)構(gòu)7、溝槽柵結(jié)構(gòu)8、源極結(jié)構(gòu)和漏極結(jié)構(gòu)，其中N型半導(dǎo)體有源層3的頂部具有P型半導(dǎo)體體區(qū)9。所述源極結(jié)構(gòu)包括源極金屬、N型的重?fù)诫s半導(dǎo)體源極接觸區(qū)11和P型的重?fù)诫s半導(dǎo)體體接觸區(qū)10，其中N型的重?fù)诫s半導(dǎo)體源極接觸區(qū)11包括N型的第一重?fù)诫s半導(dǎo)體源極接觸區(qū)Ila和N型的第二重?fù)诫s半導(dǎo)體源極接觸區(qū)11b，N型的第一重?fù)诫s半導(dǎo)體源極接觸區(qū)Ila和N型的第二重?fù)诫s半導(dǎo)體源極接觸區(qū)Ilb分別位于P型的重?fù)诫s半導(dǎo)體體接觸區(qū)10的左右兩側(cè)；N型的第一重?fù)诫s半導(dǎo)體源極接觸區(qū)lla、P型的重?fù)诫s半導(dǎo)體體接觸區(qū)10和N型的第二重?fù)诫s半導(dǎo)體源極接觸區(qū)Ilb三者并排位于P型半導(dǎo)體體區(qū)9中并與源極金屬下表面相連。所述平面柵結(jié)構(gòu)7和溝槽柵結(jié)構(gòu)8位于所述源極結(jié)構(gòu)的兩偵牝其中平面柵結(jié)構(gòu)7位于所述源極結(jié)構(gòu)和漏極結(jié)構(gòu)之間。所述平面柵結(jié)構(gòu)7位于P型半導(dǎo)體體區(qū)9上方，由平面柵介質(zhì)及其上面的導(dǎo)電材料構(gòu)成。所述溝槽柵結(jié)構(gòu)8與N型的第一重?fù)诫s半導(dǎo)體源極接觸區(qū)Ua和P型半導(dǎo)體體接觸區(qū)10接觸并縱向伸入N型半導(dǎo)體有源層3中，由溝槽柵介質(zhì)4和溝槽柵介質(zhì)4所包圍的導(dǎo)電材料13構(gòu)成。所述溝槽柵結(jié)構(gòu)和平面柵結(jié)構(gòu)采用金屬導(dǎo)線實現(xiàn)等電位連接。所述漏極結(jié)構(gòu)包括漏極金屬和N型的重?fù)诫s半導(dǎo)體漏極接觸區(qū)12，所述N型的重?fù)诫s半導(dǎo)體漏極接觸區(qū)12由彼此相連的縱向N型的重?fù)诫s半導(dǎo)體漏極接觸區(qū)12a和橫向N型的重?fù)诫s半導(dǎo)體漏極接觸區(qū)12b構(gòu)成；所述縱向N型的重?fù)诫s半導(dǎo)體漏極接觸區(qū)12a位于N型半導(dǎo)體有源層3中，其頂端與漏極金屬相連、其底端與橫向N型的重?fù)诫s半導(dǎo)體漏極接觸區(qū)12b相連；所述橫向N型的重?fù)诫s半導(dǎo)體漏極接觸區(qū)12b位于P型半導(dǎo)體襯底I和N型半導(dǎo)體有源層3之間，形成N型的重?fù)诫s半導(dǎo)體埋層。所述溝槽柵介質(zhì)4在縱向方向上厚度上薄下厚；材料可以是Si02、Si3N4、Al203、AlN或HfO2 ;所述第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體有源層3的材料包括Si、SiC、SiGe, GaAs或GaN。〈實施例2>圖3是本發(fā)明提供的雙柵功率MOSFET器件(N溝道)的剖面結(jié)構(gòu)示意圖(槽柵介質(zhì)厚度均勻)。實施例2與實施例I的區(qū)別在于所述溝槽柵介質(zhì)4在縱向方向上的厚度不是上薄下厚的階梯狀，而是做成厚度均與一致的。這在エ藝上較實施例I更簡単。<實施例3>圖4是本發(fā)明提供的雙柵功率MOSFET器件(P溝道)的剖面結(jié)構(gòu)示意圖(槽柵介質(zhì)厚度均勻)。如圖4所示，其與圖3不同之處僅在于，本例器件的襯底I、有源層3、源區(qū)11a、lib、漏區(qū)12、體區(qū)9和體接觸區(qū)10等區(qū)域的半導(dǎo)體材料導(dǎo)電類型與N溝道雙柵橫向MOSFET器件的相應(yīng)區(qū)域相反。也就是說，本發(fā)明具有半導(dǎo)體埋層的雙柵MOSFET器件，既可用于制作N溝道MOSFET器件，也可以制作P溝道MOSFET器件。、
<實施例4>在實施例4中，器件為旋轉(zhuǎn)軸對稱結(jié)構(gòu)，漏極結(jié)構(gòu)(或漏極接觸區(qū))位于器件的中心，溝槽柵結(jié)構(gòu)位于器件的外國。所述體區(qū)表面由內(nèi)向外依次是源區(qū)lib、體接觸區(qū)10、源區(qū)11a，采用漏極結(jié)構(gòu)位于器件中間的方式，可以增大槽柵溝道的的寬長比。下面，根據(jù)圖5和圖6，對本實施例4進行說明。圖5是漏極結(jié)構(gòu)位于器件中心的具有旋轉(zhuǎn)軸對稱結(jié)構(gòu)的雙柵MOSFET器件俯視結(jié)構(gòu)示意圖(xz平面)；AA'沿X方向;縱向(垂 直于紙面方向)為y方向；器件以通過漏極金屬D中心的y軸呈旋轉(zhuǎn)對稱結(jié)構(gòu)。對于旋轉(zhuǎn)軸對稱的器件結(jié)構(gòu)，在版圖設(shè)計中，縱向漏極接觸區(qū)12a的截面形狀(即俯視形狀)可以為圓形或正多邊形，與之對應(yīng)地，源區(qū)11a、體接觸區(qū)10、源區(qū)Ilb和溝槽柵結(jié)構(gòu)的截面形狀(即俯視形狀)則為圓形環(huán)帶。對于俯視圖形為圓形的縱向漏極接觸區(qū)12a，且體區(qū)9、源區(qū)11a、體接觸區(qū)10、源區(qū)Ilb和溝槽柵結(jié)構(gòu)8的俯視圖形為圓形環(huán)帶的器件結(jié)構(gòu)，具有最佳的對稱型，且減弱了曲率效應(yīng)，因而耐壓最高，并節(jié)省芯片面積。圖6是漏極結(jié)構(gòu)位于器件中心的具有平面對稱結(jié)構(gòu)的雙柵MOSFET器件俯視結(jié)構(gòu)示意圖(XZ平面);AA'沿X方向，BB'沿Z方向，縱向(垂直于紙面方向)為y方向；器件以通過BB'的yz平面呈平面對稱結(jié)構(gòu)。該器件的對稱面為平分縱向漏極接觸區(qū)12a且不穿過溝槽柵結(jié)構(gòu)8的平面為其對稱面，即過BB'的yz平面。該圖包含縱向漏極接觸區(qū)12a和溝槽柵結(jié)構(gòu)8的版圖，還具有如下的金屬電極的版圖G柵電極(溝槽柵電極21和平面柵電極22電氣連接)、源電極S和漏電極D。在該版圖布局上，電學(xué)上起作用的源區(qū)IlaUlb(圖5、圖6為俯視圖，源區(qū)IlaUlb和體接觸區(qū)10被源電極S遮擋，因此未示出，但其與其他部件的相對位置例如可參見圖2)、縱向漏極接觸區(qū)12a等圖形均為條形，圖中縱向漏極接觸區(qū)12a位于器件中心，漏電極D兩邊呈左右對稱，從漏電極D向外依次為平面柵電極22、源電極S、溝槽柵結(jié)構(gòu)8。平面柵結(jié)構(gòu)7中由平面柵電極22引出，槽柵結(jié)構(gòu)8中的導(dǎo)電材料由槽柵電極21引出，它們的共同引出端為器件的柵電極G。圖中柵電極G和源電極S采用了叉指狀結(jié)構(gòu)。此外，也可以是圖6所示之外的其他的面對稱結(jié)構(gòu)。<實施例5>在實施例5中，器件結(jié)構(gòu)為旋轉(zhuǎn)軸對稱結(jié)構(gòu)，溝槽柵結(jié)構(gòu)8位于器件的中心，縱向漏極接觸區(qū)12a (或漏極結(jié)構(gòu))位于器件的外國。所述體區(qū)9表面依次是源區(qū)11a、體接觸區(qū)10、源區(qū)Ilb以及表面溝道區(qū)。采用槽柵結(jié)構(gòu)位于中間的方式，可以緩解高壓互連的問題。下面，根據(jù)圖7和圖8，對本實施例5進行說明。圖7是溝槽柵結(jié)構(gòu)位于器件中心的具有旋轉(zhuǎn)軸對稱結(jié)構(gòu)的雙柵MOSFET器件俯視結(jié)構(gòu)示意圖(xz平面)；AA'沿X方向;縱向(垂直于紙面方向)為y方向；器件以通過溝槽柵結(jié)構(gòu)中心的I軸呈旋轉(zhuǎn)對稱結(jié)構(gòu)。圖7以圓形圖形為例描述旋轉(zhuǎn)軸對稱器件結(jié)構(gòu)。溝槽柵結(jié)構(gòu)8位于器件中心，器件以溝槽柵結(jié)構(gòu)8中心軸線即y軸為旋轉(zhuǎn)對稱軸。平面柵電極22引出，與器件的槽柵結(jié)構(gòu)8中的槽柵電極21電氣連接，構(gòu)成器件的柵電極G。對于旋轉(zhuǎn)軸對稱器件結(jié)構(gòu)，在版圖設(shè)計中，溝槽柵結(jié)構(gòu)8截面形狀(即俯視形狀)可以為圓形或正多邊形，與之對應(yīng)地，源區(qū)a、體接觸區(qū)10、源區(qū)b和縱向漏極接觸區(qū)12a的剖面形狀則為圓形環(huán)帶。對于俯視形狀為圓形的溝槽柵結(jié)構(gòu)8，且體區(qū)9、源區(qū)a、體接觸區(qū)10、源區(qū)b和縱向漏極接觸區(qū)12a的俯視圖形為圓形環(huán)帶的器件結(jié)構(gòu)，具有最佳的對稱型，且減弱了曲率效應(yīng)，因而耐壓最高，并節(jié)省芯片面積。圖8是溝槽柵結(jié)構(gòu)位于器件中心的具有平面對稱結(jié)構(gòu)的雙柵MOSFET器件俯視結(jié)構(gòu)示意圖(xz平面);AA'沿X方向，BB'沿z方向，縱向(垂直于紙面方向)為y方向；器件以通過BB'的yz平面呈平面對稱結(jié)構(gòu)。圖8包含G柵電極(槽柵電極21和平面柵電極22電氣連接)、源電極S和漏電極D。在該版圖布局上，電學(xué)上起作用的源區(qū)IlaUlb (圖7、圖8為俯視圖，源區(qū)IlaUlb和體接觸區(qū)10被遮擋，因此未示出，但其與其他部件的相對位置例如可參見圖2)，圖中溝槽柵結(jié)構(gòu)8位于器件中心，漏電極D兩邊呈左右對稱，平分溝槽柵結(jié)構(gòu)8且不穿過縱向漏極接觸區(qū)12a的平面為其對稱面，從溝槽柵結(jié)構(gòu)8向外依次為源電極S、平面柵電極22、漏電極D。平面柵結(jié)構(gòu)7中由平面柵電極22引出，槽柵結(jié)構(gòu)8中的導(dǎo)電材料由槽柵電極21引出，它們的共同引出端為器件的柵電極G。圖中柵電極G和源電極S采用了叉指狀結(jié)構(gòu)。此外，也可以是圖8所示之外的其他的面對稱結(jié)構(gòu)。<實施例與現(xiàn)有技術(shù)的效果評價>
圖9是正向電流電壓特性比較示意圖(半個元胞)，從圖中可以知道在一定的電流密度下，本發(fā)明提供的雙柵功率MOSFET器件具有最小的正向壓降，其比導(dǎo)通電阻比常規(guī)的LDMOS器件降低了約62%。本發(fā)明提供的雙柵功率MOSFET器件比導(dǎo)通電阻的下降，一是由于橫向第二導(dǎo)電類型的重?fù)诫s半導(dǎo)體漏極接觸區(qū)12b形成的半導(dǎo)體埋層的存在使得電流路徑比較短；ニ是由于采用了雙柵結(jié)構(gòu)拓展了有源層有效導(dǎo)電面積，使電流分布比較均勻，因而，降低了器件的比導(dǎo)通電阻。ニ維電流線分布比較如圖10所示，圖中相鄰2根電流線的電流密度差為I X 10 5A/ μ m。圖11是反向電流電壓特性比較示意圖(半個元胞)。從圖中可以看出，本發(fā)明提供的雙柵功率MOSFET器件較常規(guī)的LDMOS器件，其耐壓沒有明顯的下降，從而保證了一定耐壓要求的應(yīng)用。以上通過示例性實施例描述了本發(fā)明，然而，這并不意圖限制本發(fā)明的保護范圍。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以想到的上述實施例的任何修改或變型都落入由所附權(quán)利要求限定的本發(fā)明的范圍內(nèi)。例如，還可以對各實施例或?qū)嵤├械囊剡M行任意組合使用。
權(quán)利要求
1.一種雙柵功率MOSFET器件，包括第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體襯底(I )、第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體有源層(3)、平面柵結(jié)構(gòu)(7)、溝槽柵結(jié)構(gòu)(8)、源極結(jié)構(gòu)和漏極結(jié)構(gòu)，其中第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體有源層(3)的頂部具有第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體體區(qū)(9);所述源極結(jié)構(gòu)包括源極金屬、第二導(dǎo)電類型的重?fù)诫s半導(dǎo)體源極接觸區(qū)(11)和第一導(dǎo)電類型的重?fù)诫s半導(dǎo)體體接觸區(qū)(10)，其中第二導(dǎo)電類型的重?fù)诫s半導(dǎo)體源極接觸區(qū)(11)包括第二導(dǎo)電類型的第一重?fù)诫s半導(dǎo)體源極接觸區(qū)(Ila)和第二導(dǎo)電類型的第二重?fù)诫s半導(dǎo)體源極接觸區(qū)(11b)，第二導(dǎo)電類型的第一重?fù)诫s半導(dǎo)體源極接觸區(qū)(I Ia)和第二導(dǎo)電類型的第二重?fù)诫s半導(dǎo)體源極接觸區(qū)(Ilb)分別位于第一導(dǎo)電類型的重?fù)诫s半導(dǎo)體體接觸區(qū)(10)的左右兩側(cè)；第ニ導(dǎo)電類型的第一重?fù)诫s半導(dǎo)體源極接觸區(qū)(11a)、第一導(dǎo)電類型的重?fù)诫s半導(dǎo)體體接觸區(qū)(10)和第二導(dǎo)電類型的第二重?fù)诫s半導(dǎo)體源極接觸區(qū)(Ilb)三者并排位于第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體體區(qū)(9)中并與源極金屬下表面相連；所述平面柵結(jié)構(gòu)(7)和溝槽柵結(jié)構(gòu)(8)位于所述源極結(jié)構(gòu)的兩側(cè)，其中平面柵結(jié)構(gòu)(7)位于所述源極結(jié)構(gòu)和漏極結(jié)構(gòu)之間；所述平面柵結(jié)構(gòu)(7)位于第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體體區(qū)(9)上方，由平面柵介質(zhì)及其上面的導(dǎo)電材料構(gòu)成；所述溝槽柵結(jié)構(gòu)(8)與第二導(dǎo)電類型的第一重?fù)诫s半導(dǎo)體源極接觸區(qū)(Ila)和第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體體接觸區(qū)(10)接觸并縱向伸入第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體有源層(3)中，由溝槽柵介質(zhì)(4)和 溝槽柵介質(zhì)(4)所包圍的導(dǎo)電材料(13)構(gòu)成；所述溝槽柵結(jié)構(gòu)和平面柵結(jié)構(gòu)采用金屬導(dǎo)線實現(xiàn)等電位連接；所述漏極結(jié)構(gòu)包括漏極金屬和第二導(dǎo)電類型的重?fù)诫s半導(dǎo)體漏極接觸區(qū)(12)，所述第二導(dǎo)電類型的重?fù)诫s半導(dǎo)體漏極接觸區(qū)(12)由彼此相連的縱向第二導(dǎo)電類型的重?fù)诫s半導(dǎo)體漏極接觸區(qū)(12a)和橫向第二導(dǎo)電類型的重?fù)诫s半導(dǎo)體漏極接觸區(qū)(12b)構(gòu)成；所述縱向第二導(dǎo)電類型的重?fù)诫s半導(dǎo)體漏極接觸區(qū)(12a)位于第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體有源層(3)中，其頂端與漏極金屬相連、其底端與橫向第二導(dǎo)電類型的重?fù)诫s半導(dǎo)體漏極接觸區(qū)(12b)相連；所述橫向第二導(dǎo)電類型的重?fù)诫s半導(dǎo)體漏極接觸區(qū)(12b)位于第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體襯底(I)和第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體有源層(3)之間，形成第二導(dǎo)電類型的重?fù)诫s半導(dǎo)體埋層。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的雙柵功率MOSFET器件，其特征在于，所述溝槽柵結(jié)構(gòu)的溝槽柵介質(zhì)(4)的厚度在縱向方向上是上下厚度一致或上薄下厚，材料是Si02、Si3N4、Al203、AlN或 HfO2。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的雙柵功率MOSFET器件，其特征在于，所述第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體有源層(3 )的材料包括Si、SiC, SiGe、GaAs或GaN。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的雙柵功率MOSFET器件，其特征在于，所述雙柵功率MOSFET器件在版圖設(shè)計時，漏極結(jié)構(gòu)位于器件中心，而溝槽柵結(jié)構(gòu)位于器件外國。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的雙柵功率MOSFET器件，其特征在于，所述縱向第二導(dǎo)電類型的重?fù)诫s半導(dǎo)體漏極接觸區(qū)(12a)的俯視圖形為圓形、正多邊形或條形；與之對應(yīng)的，當(dāng)所述縱向第二導(dǎo)電類型的重?fù)诫s半導(dǎo)體漏極接觸區(qū)(12a)的俯視圖形為圓形或正多邊形吋，所述第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體體區(qū)(9)、第二導(dǎo)電類型的重?fù)诫s半導(dǎo)體源極接觸區(qū)(11)、第一導(dǎo)電類型的重?fù)诫s半導(dǎo)體體接觸區(qū)(10)和所述溝槽柵結(jié)構(gòu)的俯視圖形為圓環(huán)帶；當(dāng)所述縱向第二導(dǎo)電類型的重?fù)诫s半導(dǎo)體漏極接觸區(qū)(12a)的俯視圖形為條形時，所述第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體體區(qū)(9)、第二導(dǎo)電類型的重?fù)诫s半導(dǎo)體源極接觸區(qū)(U)、第一導(dǎo)電類型的重?fù)诫s半導(dǎo)體體接觸區(qū)(10)和所述溝槽柵結(jié)構(gòu)的俯視圖形也為條形。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的雙柵功率MOSFET器件，其特征在于，所述雙柵功率MOSFET器件在版圖設(shè)計時，溝槽柵結(jié)構(gòu)位于器件中心，而漏極結(jié)構(gòu)位于器件外國。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的雙柵功率MOSFET器件，其特征在干，所述溝槽柵結(jié)構(gòu)的俯視圖形為圓形、正多邊形或條形；與之對應(yīng)的，當(dāng)所述溝槽柵結(jié)構(gòu)的俯視圖形為圓形或正多邊形時，所述第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體體區(qū)(9)、第二導(dǎo)電類型的重?fù)诫s半導(dǎo)體源極接觸區(qū)(11)、第一導(dǎo)電類型的重?fù)诫s半導(dǎo)體體接觸區(qū)(10)和所述縱向第二導(dǎo)電類型的重?fù)诫s半導(dǎo)體漏極接觸區(qū)(12a)的俯視圖形為圓環(huán)帶 ；當(dāng)所述溝槽柵結(jié)構(gòu)的俯視圖形為條形時，所述第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體體區(qū)(9)、第二導(dǎo)電類型的重?fù)诫s半導(dǎo)體源極接觸區(qū)(11)、第一導(dǎo)電類型的重?fù)诫s半導(dǎo)體體接觸區(qū)(10)和所述縱向第二導(dǎo)電類型的重?fù)诫s半導(dǎo)體漏極接觸區(qū)(12a)的俯視圖形也為條形。
8.根據(jù)權(quán)利要求I至7中任一所述的雙柵功率MOSFET器件，其特征在于，當(dāng)所述第ー導(dǎo)電類型半導(dǎo)體為P型半導(dǎo)體、且第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體為N型半導(dǎo)體吋，所述雙柵功率MOSFET器件為N溝道雙柵功率MOSFET器件。
9.根據(jù)權(quán)利要求I至7中任一所述的雙柵功率MOSFET器件，其特征在干，當(dāng)所述第ー導(dǎo)電類型半導(dǎo)體為N型半導(dǎo)體、且第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體為P型半導(dǎo)體吋，所述雙柵功率MOSFET器件為P溝道雙柵功率MOSFET器件。
全文摘要
一種雙柵功率MOSFET器件，屬于半導(dǎo)體功率器件技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明在普通雙柵LDMOS器件的基礎(chǔ)上，通過將與漏極金屬相連的漏極接觸區(qū)向有源層下方延伸，形成縱向漏極接觸區(qū)(12a)，并在有源層和襯底之間引入一層與縱向漏極接觸區(qū)(12a)下端相連的重?fù)诫s埋層—即橫向漏極接觸區(qū)(12b)，縮短了電流導(dǎo)通路徑，同時采用雙柵結(jié)構(gòu)形成雙電流通道，提高電流流通面積，大大降低導(dǎo)通電阻和功耗；對于相同的器件橫向尺寸，器件耐壓僅略微下降。
文檔編號H01L29/78GK102738240SQ20121017986
公開日2012年10月17日 申請日期2012年6月4日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月4日
發(fā)明者周坤, 姚國亮, 王沛, 王 琦, 王驍瑋, 羅小蓉, 羅尹春, 范葉, 范遠航, 蔣永恒, 蔡金勇 申請人:電子科技大學(xué)