本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件領(lǐng)域，特別是涉及一種縱向超結(jié)雙擴散金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管。
背景技術(shù)：
對于高壓mosfet來說，電源的高能效要求則是影響產(chǎn)品未來發(fā)展的主要因素。然而在功率器件高壓應(yīng)用領(lǐng)域內(nèi)，隨著器件擊穿電壓的升高，功率vdmos外延層厚度不斷增加，漂移區(qū)摻雜濃度逐漸降低，導(dǎo)致器件的導(dǎo)通電阻會隨著器件擊穿電壓的2.5次急劇增加，使得器件的導(dǎo)通損耗增大。1998年陳星弼院士等人提出了縱向耐壓層新結(jié)構(gòu)理論，打破了硅限理論，即日后被稱為超結(jié)的耐壓結(jié)構(gòu)。它利用電荷補償理論，漂移區(qū)由一系列交替高濃度摻雜的n區(qū)和p區(qū)相互補償，使得器件漂移區(qū)的濃度由原來1014cm-3提升至1015cm-3。然而根據(jù)超結(jié)的電荷補償滿足的條件為公式(1)
可知在一定的n柱寬度下，n柱的摻雜濃度的最大值是確定的，即超結(jié)漂移區(qū)的摻雜濃度受到限制，從而影響了器件的導(dǎo)通損耗。
本
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明提出了一種具有半絕緣多晶硅(sipos)層的縱向超結(jié)雙擴散金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管，旨在進(jìn)一步優(yōu)化vdmos器件擊穿電壓與比導(dǎo)通電阻的矛盾關(guān)系。
本發(fā)明的技術(shù)方案如下：
該具有半絕緣多晶硅(sipos)層的縱向超結(jié)雙擴散金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管，包括：
半導(dǎo)體材料的襯底，兼作漏區(qū)；
在所述襯底上進(jìn)行分區(qū)外延形成的超結(jié)漂移區(qū)；超結(jié)漂移區(qū)的n柱和p柱的寬度和摻雜濃度滿足電荷平衡條件；
在所述超結(jié)漂移區(qū)上方再進(jìn)一步外延并摻雜形成的左、右兩處基區(qū)；
在所述基區(qū)上部摻雜分別形成的源區(qū)和溝道襯底接觸；
在所述源區(qū)和溝道襯底接觸上表面形成的源極；
在所述漏區(qū)下表面形成的漏極；
有別于現(xiàn)有技術(shù)的是：
在所述左、右兩處基區(qū)之間刻蝕的溝槽，溝槽沿縱向穿過超結(jié)漂移區(qū)至漏區(qū)；溝槽的深寬比根據(jù)器件的超結(jié)漂移區(qū)的長度來確定，超結(jié)漂移區(qū)的長度根據(jù)擊穿電壓要求確定；
在所述溝槽側(cè)壁依次形成的柵絕緣層、具有摻氧的半絕緣多晶硅層，使半絕緣多晶硅層縱向兩端與器件的柵漏兩端相連；
在表面成為半絕緣多晶硅層的溝槽內(nèi)填充的絕緣體，絕緣體與超結(jié)漂移區(qū)縱向等高；半絕緣多晶硅層縱向表面對應(yīng)于基區(qū)為重?fù)诫s區(qū)域；
在半絕緣多晶硅層縱向表面對應(yīng)于基區(qū)形成的柵極。
基于以上方案，本發(fā)明還進(jìn)一步作了如下優(yōu)化：
超結(jié)漂移區(qū)中p柱寬度wp與n柱寬度wn的比例為1/1～5/1；wp/wn取值越大，則設(shè)置的n柱的摻雜濃度nd與p柱的摻雜濃度na的比例nd/na的值越大。
n柱的摻雜濃度nd與p柱的摻雜濃度na的比例nd/na的取值范圍為2/1～8/1。例如當(dāng)wp/wn＝1/1時，且wn＝1μm時，na＝0.8～1.5×1016cm-3,對應(yīng)的nd＝1～3×1016cm-3。
擊穿電壓要求600v時，則溝槽的深寬比為1:15～1:25；擊穿電壓要求200v時，則溝槽的深寬比為1:3-1:6。
半絕緣多晶硅層的厚度為0.2～1.5μm。
半絕緣多晶硅層的摻氧比例為15％～35％，其相應(yīng)電阻率為109～1011ω·cm。
半絕緣多晶硅層中所述重?fù)诫s區(qū)域的摻雜濃度為1018～1020cm-3。
柵絕緣層的厚度為0.02～0.1μm。
半導(dǎo)體材料的襯底的摻雜濃度為1×1013cm-3～1×1015cm-3。
一種制作上述具有半絕緣多晶硅層的縱向雙擴散金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管的方法，包括以下步驟：
1)取半導(dǎo)體材料的襯底作為漏區(qū)；
2)在襯底上進(jìn)行分區(qū)外延形成超結(jié)漂移區(qū)；
3)在超結(jié)漂移區(qū)上再進(jìn)一步外延并摻雜形成基區(qū)；
4)在基區(qū)上刻蝕溝槽，溝槽沿縱向穿過超結(jié)漂移區(qū)至襯底漏區(qū)；
5)在溝槽側(cè)壁上形成柵絕緣層；
6)在柵絕緣層外淀積形成半絕緣多晶硅層并摻氧；
7)在表面成為半絕緣多晶硅層的溝槽內(nèi)淀積絕緣體，絕緣體填滿溝槽內(nèi)縱向?qū)?yīng)于超結(jié)漂移區(qū)的區(qū)域；
8)在基區(qū)上部摻雜分別形成的源區(qū)和溝道襯底接觸；
9)對溝槽內(nèi)半絕緣多晶硅層表面縱向?qū)?yīng)于基區(qū)的區(qū)域進(jìn)行重?fù)诫s，并淀積多晶硅形成柵極；
10)源區(qū)和溝道襯底接觸表面形成源極；
11)漏區(qū)表面形成漏極。
本發(fā)明技術(shù)方案的有益效果如下：
該器件主要的特征是在器件超結(jié)漂移區(qū)的側(cè)壁形成sipos層，sipos層兩端分別連接器件的柵電極和漏電極(接至漏區(qū)可視為與漏電極連接)。具有sipos層的新型器件具有三個方面的效用，首先sipos層與超結(jié)漂移區(qū)形成金屬-絕緣體-半導(dǎo)體(mis)電容結(jié)構(gòu)，在器件關(guān)斷時，由于mis電容兩端具有電勢差，該電容輔助耗盡超結(jié)漂移區(qū)，可以有效地增加n型漂移區(qū)的摻雜濃度，可以使得器件的導(dǎo)通電阻降低；其次sipos層上具有均勻的電阻率，在器件關(guān)斷時sipos層上具有均勻的電場，通過電場調(diào)制效應(yīng)使得器件超結(jié)漂移區(qū)上的電場分布均勻；再次在器件開態(tài)時，由于sipos層與器件超結(jié)漂移區(qū)的表面存在電勢差，從而在超結(jié)漂移區(qū)上形成多數(shù)載流子積累層，器件的導(dǎo)通電阻進(jìn)一步降低。
附圖說明
圖1為本發(fā)明實施例的結(jié)構(gòu)示意圖(正視圖)，器件結(jié)構(gòu)沿圖中虛線鏡像對稱；
附圖標(biāo)號說明：
1-源極；2-柵絕緣層；3-半絕緣多晶硅層；4-柵極；5-絕緣體；6-漏極；7-襯底漏區(qū)；8-外延層n型漂移區(qū)(n柱)；9-外延層p型漂移區(qū)(p柱)；10-基區(qū)；11-溝道襯底接觸；12-源區(qū)。
具體實施方式
如圖1所示，本發(fā)明的一種具有半絕緣多晶硅層的縱向超結(jié)雙擴散金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管(sj-vdmos)：
半導(dǎo)體材料的襯底漏區(qū)7，摻雜濃度為1×1013cm-3～1×1015cm-3；
位于襯底上進(jìn)行分區(qū)外延形成的超結(jié)漂移區(qū)；超結(jié)漂移區(qū)中，p柱寬度wp與n柱寬度wn的比例為1/1～5/1，摻雜濃度比例nd/na的取值范圍為2/1～8/1，wp/wn取值越大，則nd/na取值也應(yīng)當(dāng)越大；
在超結(jié)漂移區(qū)上再進(jìn)一步外延并摻雜形成的基區(qū)10；
在基區(qū)上刻蝕的溝槽，溝槽下方穿過超結(jié)漂移區(qū)至襯底漏區(qū)；
在溝槽側(cè)壁上形成的柵絕緣層2，厚度為0.02～0.1μm；
在柵絕緣層外淀積形成的摻氧的半絕緣多晶硅層3，厚度為0.2～1.5μm，摻氧比例為15％～35％，相應(yīng)電阻率為109～1011ω·cm；
在溝槽內(nèi)縱向?qū)?yīng)于超結(jié)漂移區(qū)的區(qū)域內(nèi)淀積的絕緣體5；
在基區(qū)上摻雜分別形成的源區(qū)12和溝道襯底接觸11；
在半絕緣多晶硅層3縱向表面對應(yīng)于基區(qū)的區(qū)域進(jìn)行高濃度摻雜(摻雜濃度可為1018～1020cm-3)并形成的柵極4；
在溝道襯底接觸11和源區(qū)12上形成的源極1。
利用深溝槽技術(shù)在sj-vdmos器件漂移區(qū)的側(cè)壁上形成sipos層，sipos層兩端分別連接器件的柵電極和漏電極。具有sipos層的新型器件具有三個方面的效用，首先sipos層與超結(jié)漂移區(qū)形成金屬-絕緣體-半導(dǎo)體(mis)電容結(jié)構(gòu)，在器件關(guān)斷時，由于mis電容兩端具有電勢差，該電容輔助耗盡超結(jié)漂移區(qū)，可以有效地增加n型漂移區(qū)的摻雜濃度，可以使得器件的導(dǎo)通電阻降低；其次sipos層上具有均勻的電阻率，在器件關(guān)斷時sipos層上具有均勻的電場，通過電場調(diào)制效應(yīng)使得器件超結(jié)漂移區(qū)上的電場分布均勻；再次在器件開態(tài)時，由于sipos層與器件超結(jié)漂移區(qū)的表面存在電勢差，從而在超結(jié)漂移區(qū)上形成多數(shù)載流子積累層，器件的導(dǎo)通電阻進(jìn)一步降低。
以n溝道sj-vdmos為例，具體可以通過以下步驟進(jìn)行制備：
1)半絕緣材料(包括si、sic和gaas等)的襯底作為漏區(qū)；
2)在襯底漏區(qū)上分區(qū)外延交替形成n和p柱即超結(jié)漂移區(qū)；
3)在超結(jié)漂移區(qū)上進(jìn)一步外延并離子注入或擴散形成基區(qū)10；
4)在基區(qū)上刻蝕溝槽；
5)在溝槽側(cè)壁上形成柵絕緣層；
6)在絕緣層外淀積一層薄的sipos層；
7)在溝槽內(nèi)的縱向漂移區(qū)區(qū)域內(nèi)淀積sio2；
8)在基區(qū)通過離子注入分別形成源區(qū)和溝道襯底接觸；
9)在溝槽內(nèi)即基區(qū)外側(cè)區(qū)域的通過離子注入對sipos層進(jìn)行高濃度摻雜；
10)溝槽內(nèi)部基區(qū)區(qū)域淀積多晶硅形成柵電極；
11)器件表面淀積鈍化層，并刻蝕接觸孔；
12)淀積金屬并刻蝕形成源極和柵電極；
13)在襯底漏區(qū)上形成漏電極。
經(jīng)sentaurus仿真，本發(fā)明提出的新型器件的性能較之于傳統(tǒng)器件大幅度提升，在兩種器在形同的擊穿電壓下，新型器件的導(dǎo)通電阻降低了56％。
當(dāng)然，本發(fā)明中的sj-vdmos也可以為p型溝道，其結(jié)構(gòu)與n溝道sj-vdmos等同，這些均應(yīng)視為屬于本申請權(quán)利要求的保護(hù)范圍，在此不再贅述。
以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明技術(shù)原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和替換，這些改進(jìn)和替換的方案也落入本發(fā)明的保護(hù)范圍。