本發(fā)明屬于半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種溝槽型VDMOS器件。

背景技術(shù)：

功率VDMOS是多子導(dǎo)電器件，具有開(kāi)關(guān)速度快、輸入阻抗高、易驅(qū)動(dòng)等優(yōu)點(diǎn)。理想的VDMOS應(yīng)具有較低的導(dǎo)通電阻、開(kāi)關(guān)損耗和較高的阻斷電壓。但是導(dǎo)通電阻和擊穿電壓、導(dǎo)通電阻和開(kāi)關(guān)損耗之間存在著牽制作用，限制了功率VDMOS的發(fā)展。為了提高器件性能，減小導(dǎo)通電阻，陳星弼院士提出了超結(jié)VDMOS結(jié)構(gòu)。對(duì)比傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)，超結(jié)結(jié)構(gòu)獲得更為優(yōu)異的器件耐壓與導(dǎo)通電阻的折中關(guān)系，在相同的器件耐壓的條件下，超結(jié)結(jié)構(gòu)的VDMOS的導(dǎo)通電阻更小。

由于超結(jié)結(jié)構(gòu)VDMOS對(duì)于P/N柱的電荷平衡極為敏感，并且在實(shí)際工藝中P/N柱的最小寬度限制了元胞尺寸的減小，因此，專(zhuān)利號(hào)US6710,403提出了采用多晶硅充當(dāng)?shù)捏w內(nèi)場(chǎng)板結(jié)構(gòu)替代P/N柱來(lái)降低漂移區(qū)導(dǎo)通電阻，避免電荷平衡的影響，其結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。由于多晶硅的電位和源極相連，體場(chǎng)板型VDMOS反向耐壓時(shí)，多晶硅電位為低電位，N型漂移區(qū)和場(chǎng)板之間形成橫向電場(chǎng)，該橫向電場(chǎng)起到輔助耗盡N型漂移區(qū)的作用，產(chǎn)生類(lèi)似超結(jié)結(jié)構(gòu)的效果，可以使器件在具有高耐壓的同時(shí)可采用更高雜質(zhì)濃度的漂移區(qū)。但是，體場(chǎng)板型VDMOS也存在一定的缺點(diǎn)，其漂移區(qū)內(nèi)的電場(chǎng)分布如圖2所示，可以看出，由于整個(gè)場(chǎng)板上的電位相同，漂移區(qū)內(nèi)的電場(chǎng)值沿著垂直方向下降，制約了反向耐壓的進(jìn)一步提高。同時(shí)，由于體場(chǎng)板與VDMOS的源極相連，其源漏電容Cds會(huì)較高，影響了器件的動(dòng)態(tài)特性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的，就是針對(duì)體場(chǎng)板型VDMOS的上述問(wèn)題，為了更好的改善反向耐壓和導(dǎo)通電阻的折衷關(guān)系，在相同的導(dǎo)通電阻的條件下，提高器件的反向耐壓，提出了一種溝槽型VDMOS。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種溝槽型VDMOS，包括從下至上依次層疊設(shè)置的金屬化漏極11、N+襯底1、N-漂移區(qū)2和金屬化源極4；所述N-漂移區(qū)2中具有體內(nèi)溝槽3、P型摻雜區(qū)5、N型重?fù)诫s區(qū)6、P型重?fù)诫s區(qū)7和溝槽8，所述P型摻雜區(qū)5位于兩側(cè)的體內(nèi)溝槽3之間，且P型摻雜區(qū)5的側(cè)面與體內(nèi)溝槽3的側(cè)面接觸；所述N型重?fù)诫s區(qū)6位于P型摻雜區(qū)5的上表面，N型重?fù)诫s區(qū)6的上表面與金屬化源極4的下表面接觸；所述P型重?fù)诫s區(qū)7位于體內(nèi)溝槽3與N型重?fù)诫s區(qū)6之間并分別于體內(nèi)溝槽3和N型重?fù)诫s區(qū)6接觸；所述體內(nèi)溝槽3的上表面與金屬化源極4的下表面接觸；所述溝槽8的上表面與金屬化源極4的下表面接觸，溝槽8的下端沿垂直方向依次貫穿N型重?fù)诫s區(qū)6和P型重?fù)诫s區(qū)7并延伸至N-漂移區(qū)2中，所述溝槽8中填充有第一二氧化硅層9，在第一二氧化硅層9中具有多晶硅10；其特征在于，所述體內(nèi)溝槽3中填充有第二二氧化硅層12，所述第二二氧化硅層12中具有多晶硅柱13，所述多晶硅柱13的上表面不高于P型摻雜區(qū)5的下表面，所述多晶硅島13中均勻存儲(chǔ)有負(fù)電荷，所述多晶硅島13與P-漂移區(qū)2之間的二氧化硅12的厚度由上至下逐漸增加。

一種溝槽型VDMOS，包括從下至上依次層疊設(shè)置的金屬化漏極11、P+襯底1、P-漂移區(qū)2和金屬化源極4；所述P-漂移區(qū)2中具有體內(nèi)溝槽3、N型摻雜區(qū)5、P型重?fù)诫s區(qū)6、N型重?fù)诫s區(qū)7和溝槽8，所述N型摻雜區(qū)5位于兩側(cè)的體內(nèi)溝槽3之間，且N型摻雜區(qū)5的側(cè)面與體內(nèi)溝槽3的側(cè)面接觸；所述P型重?fù)诫s區(qū)6位于N型摻雜區(qū)5的上表面，P型重?fù)诫s區(qū)6的上表面與金屬化源極4的下表面接觸；所述N型重?fù)诫s區(qū)7位于體內(nèi)溝槽3與P型重?fù)诫s區(qū)6之間并分別于體內(nèi)溝槽3和P型重?fù)诫s區(qū)6接觸；所述體內(nèi)溝槽3的上表面與金屬化源極4的下表面接觸；所述溝槽8的上表面與金屬化源極4的下表面接觸，溝槽8的下端沿垂直方向依次貫穿P型重?fù)诫s區(qū)6和N型重?fù)诫s區(qū)7并延伸至P-漂移區(qū)2中，所述溝槽8中填充有第一二氧化硅層9，在第一二氧化硅層9中具有多晶硅10；其特征在于，所述體內(nèi)溝槽3中填充有第二二氧化硅層12，所述第二二氧化硅層12中具有多晶硅柱13，所述多晶硅柱13的上表面不高于P型摻雜區(qū)5的下表面，所述多晶硅島13中均勻存儲(chǔ)有正電荷，所述多晶硅島13與P-漂移區(qū)2之間的二氧化硅12的厚度由上至下逐漸增加。

進(jìn)一步的，所述多晶硅10與溝槽8側(cè)壁之間的第一二氧化硅層9的厚度為5-100nm，多晶硅10與溝槽8下表面之間的第一二氧化硅層9的厚度為200—500nm。

本發(fā)明的有益效果為，本發(fā)明所提供的一種溝槽型VDMOS器件，在體內(nèi)溝槽3中有二氧化硅層包裹的多晶硅柱13，多晶硅柱13中存儲(chǔ)著均勻負(fù)電荷。多晶硅柱13的形狀為上寬下窄，其與硅片間的二氧化硅12的厚度由上至下增加。器件反向阻斷時(shí)，N-型漂移區(qū)2與多晶硅柱13內(nèi)的負(fù)電荷之間產(chǎn)生橫向電場(chǎng)，輔助耗盡漂移區(qū)。由于N-型漂移區(qū)的電勢(shì)由下至上逐漸降低，而多晶硅柱13側(cè)壁的二氧化硅12的厚度由上至下增加，使漂移區(qū)的橫向電場(chǎng)分布更均勻，從而縱向電場(chǎng)更接近矩形分布，提高器件的反向阻斷電壓。同時(shí)，由于沒(méi)有采用與源電極相連的體場(chǎng)板結(jié)構(gòu)，本發(fā)明中的柵漏電容Cds較低。

附圖說(shuō)明

圖1是專(zhuān)利號(hào)US6710,403提供的一種具有體內(nèi)場(chǎng)板的VDMOS結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是專(zhuān)利號(hào)US6710,403提供的一種具有體內(nèi)場(chǎng)板的VDMOS結(jié)構(gòu)在反向偏壓時(shí)的漂移區(qū)內(nèi)的電場(chǎng)分布示意圖；

圖3是本發(fā)明提供的一種溝槽型VDMOS器件示意圖；

圖4是本發(fā)明提供的一種溝槽型VDMOS器件在反向偏壓時(shí)的漂移區(qū)內(nèi)的耗盡線及電場(chǎng)分布示意圖；

圖5-圖11是本發(fā)明提供的一種溝槽型VDMOS器件制作的關(guān)鍵工藝步驟。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例，詳細(xì)描述本發(fā)明的技術(shù)方案：

實(shí)施例1

如圖3所示，本例的一種溝槽型VDMOS，包括從下至上依次層疊設(shè)置的金屬化漏極11、N+襯底1、N-漂移區(qū)2和金屬化源極4；所述N-漂移區(qū)2中具有體內(nèi)溝槽3、P型摻雜區(qū)5、N型重?fù)诫s區(qū)6、P型重?fù)诫s區(qū)7和溝槽8，所述P型摻雜區(qū)5位于兩側(cè)的體內(nèi)溝槽3之間，且P型摻雜區(qū)5的側(cè)面與體內(nèi)溝槽3的側(cè)面接觸；所述N型重?fù)诫s區(qū)6位于P型摻雜區(qū)5的上表面，N型重?fù)诫s區(qū)6的上表面與金屬化源極4的下表面接觸；所述P型重?fù)诫s區(qū)7位于體內(nèi)溝槽3與N型重?fù)诫s區(qū)6之間并分別于體內(nèi)溝槽3和N型重?fù)诫s區(qū)6接觸；所述體內(nèi)溝槽3的上表面與金屬化源極4的下表面接觸；所述溝槽8的上表面與金屬化源極4的下表面接觸，溝槽8的下端沿垂直方向依次貫穿N型重?fù)诫s區(qū)6和P型重?fù)诫s區(qū)7并延伸至N-漂移區(qū)2中，所述溝槽8中填充有第一二氧化硅層9，在第一二氧化硅層9中具有多晶硅10；其特征在于，所述體內(nèi)溝槽3中填充有第二二氧化硅層12，所述第二二氧化硅層12中具有多晶硅柱13，所述多晶硅柱13的上表面不高于P型摻雜區(qū)5的下表面，所述多晶硅島13中均勻存儲(chǔ)有負(fù)電荷，所述多晶硅島13與P-漂移區(qū)2之間的二氧化硅12的厚度由上至下逐漸增加。

(1)器件的正向?qū)?/p>

本發(fā)明所提供的一種溝槽型VDMOS器件，其正向?qū)〞r(shí)的電極連接方式為：多晶硅柵電極10正電位，金屬化漏極11接正電位，金屬化源極4接零電位。當(dāng)多晶硅柵電極10所加正電壓等于或大于開(kāi)啟電壓之后，多子電子在金屬化漏極11正電位的作用下從N型重?fù)诫s區(qū)6流向金屬化漏極11。由于槽型柵電極4底部的柵氧化層采取厚氧工藝，所以柵漏電容Cgd得到較大的改善。同時(shí)，由于沒(méi)有采用與源電極相連的體場(chǎng)板，相較于專(zhuān)利號(hào)US6710,403中采用源極體內(nèi)場(chǎng)板技術(shù)，本發(fā)明中的源漏電容Cds降低。

(2)器件的反向阻斷

器件反向耐壓時(shí)，N-漂移區(qū)和槽3內(nèi)的多晶硅柱13中的固定負(fù)電荷之間存在橫向電場(chǎng)，承擔(dān)反向壓降。此時(shí)，VDMOS的金屬化漏極接高電位，金屬化源極接低電位此，因此N-漂移區(qū)2由下至上的電勢(shì)逐漸降低。多晶硅柱13的厚度是由下至上增加的，因此二氧化硅層12的厚度由下至上減少，而多晶硅柱13內(nèi)存儲(chǔ)的固定負(fù)電荷的電荷密度是均勻的，因此，N-漂移區(qū)2內(nèi)的與槽3之間的橫向電場(chǎng)強(qiáng)度沿著垂直方向基本保持不變。圖4所示為器件反向耐壓時(shí)的N-漂移區(qū)垂直方向上的電場(chǎng)分布，可以看出，電場(chǎng)分布近似矩形。此時(shí)，漂移區(qū)內(nèi)的耗盡線由槽3兩側(cè)向N-漂移區(qū)2體內(nèi)擴(kuò)展，直至N-漂移區(qū)2完全耗盡。相較于專(zhuān)利號(hào)US6710,403的器件反向耐壓時(shí)的N-漂移區(qū)垂直方向上的電場(chǎng)分布，電場(chǎng)斜率減小，電場(chǎng)分布E(Y)與Y軸之間圍的面積增大，反向阻斷耐壓提高。

本發(fā)明的一種溝槽型VDMOS器件的一種制造工藝流程如下：

1、單晶硅準(zhǔn)備及外延生長(zhǎng)。在N型重?fù)诫s單晶硅襯底1上，采用氣相外延VPE等方法生長(zhǎng)一定厚度和摻雜濃度的N-漂移區(qū)2，如圖5所示。

2、刻蝕槽3，接著槽3內(nèi)生長(zhǎng)二氧化硅層，形成二氧化層12，進(jìn)行刻蝕，形成斜面的槽，如圖6所示。

3、在二氧化硅槽內(nèi)淀積一定厚度的多晶硅柱13，并注入負(fù)離子，使多晶硅柱13帶固定負(fù)電荷；

4、刻蝕絕緣層，在硅片表面淀積二氧化硅，形成槽3內(nèi)的二氧化硅層12的頂部，如圖7所示。

5、利用光刻板刻蝕P型摻雜區(qū)5窗口，進(jìn)行硼注入，形成P型摻雜區(qū)5，如圖8所示。

6、光刻N(yùn)型注入?yún)^(qū)窗口，進(jìn)行N型磷注入，形成N型重?fù)诫s區(qū)6，如圖9所示。

7、刻蝕形成槽8，生長(zhǎng)介質(zhì)層，形成二氧化硅層9的底部及側(cè)壁，接著淀積多晶硅10形成柵電極，如圖10所示。

8、生長(zhǎng)氧化層，利用光刻板進(jìn)行離子刻蝕形成窗口，注入硼，形成P型重?fù)诫s區(qū)7，如圖11所示。

9、金屬化。刻蝕掉多余的氧化層，正面金屬化，金屬刻蝕，背面金屬化，鈍化等等。

實(shí)施例2

本例的結(jié)構(gòu)在實(shí)施例1的基礎(chǔ)上，將實(shí)施例1中的所有N型材料替換為P型材料，所有的P型材料替換為N型材料，多晶硅柱13中的負(fù)電荷替換為正電荷。

制作器件時(shí)，還可用碳化硅、砷化鎵或鍺硅等半導(dǎo)體材料替代硅。