一種積累型的深槽超結DMOS器件的製作方法

2023-06-16 15:47:26

本發明屬於半導體功率器件技術領域，涉及一種積累型的深槽超結dmos器件。

背景技術：

功率mosfet(metaloxidesemiconductorfield-effecttransistor)的兩個關鍵參數是擊穿電壓bv和導通電阻ron。由於mosfet器件屬於單級型器件，其擊穿電壓與漂移區厚度和漂移區摻雜濃度有關，高的擊穿電壓需要厚的漂移區和低的漂移區摻雜濃度，這會使得其導通電阻ron增加。導通電阻ron和耐壓bv之間存在關係：ron∝bv2.5，即矽極限。因此，隨著器件耐壓增加，導通電阻成指數增長趨勢，功耗大大增加。特別地，在典型的高壓mosfet器件中，器件的導通電阻主要由漂移區電阻決定。因此在保持器件擊穿電壓性能的同時，降低漂移區電阻，進而降低導通電阻具有重要的意義。

因此，在傳統mosfet結構的基礎上，出現了一些改進結構。陳星弼院士等提出了超結結構，超結mosfet是在傳統mosfet的漂移區中引入交替排列的p柱區，橫向電場的引入使得縱向電場因二維電場效應由三角形(或者梯形分布)分布變為矩形分布，從而提高擊穿電壓，打破了矽極限，使導通電阻與擊穿電壓之間的關係優化為：ron∝bv1.32。然而想要進一步的降低超結器件的導通電阻，就需要增加p/n柱區的濃度，但是p/n柱區摻雜濃度越高，超結的電荷不平衡越明顯，耐壓下降的幅度就越大。並且增加p/n柱區的濃度，就需要更窄p/n柱，這樣會增加工藝難度。因此，目前想要進一步降低超結mosfet結構的導通電阻仍存在一定技術難度。

技術實現要素：

針對以上問題，本發明提供一種積累型的深槽超結dmos器件。

本發明技術方案如下：

一種積累型的深槽超結dmos器件，如圖1所示，包括金屬化漏極1、n+襯底2、p柱3、n柱4、金屬化源極15、p型體區5、n+源區6和p+接觸區7；其中，金屬化漏極1位於n+襯底2下表面；p柱3和n柱4位於n+襯底2上表面；n柱4位於p柱3兩側，並與p柱3形成超結結構；所述p型體區5位於p柱3和n柱4的上表面，所述n+源區6位於p型體區5的正上方並與p型體區5接觸，n+源區6的上表面與金屬化源極15接觸；所述p+接觸區7位於p型體區5的正上方並與p型體區5接觸，p+接觸區7的上表面與金屬化源極15接觸；

其特徵在於，還包括深槽結構8，所述深槽結構8沿金屬化源極15下表面從上至下依次貫穿n+源區6、p型體區5和p柱3延伸至n+襯底2的上表面；所述深槽結構8中從下至上依次填充有厚絕緣介質11、第一隔離介質12、柵氧化層13和第二隔離介質14；其中，在所述厚絕緣介質11中具有電荷柱區10，在所述柵氧化層13中具有多晶矽柵電極9，電荷柱區10和柵氧化層13之間通過第一隔離介質12隔離；所述多晶矽柵電極9上表面的結深小於n+源區6下表面的結深，多晶矽柵電極9下表面的結深大於p型體區5下表面的結深；所述多晶矽柵電極9與金屬化源極15通過第二隔離介質14隔離，第二隔離介質14還向兩側延伸至部分n+源區6的上表面。

進一步的，所述的電荷柱區10中為正電荷或負電荷；

進一步的，所述多晶矽柵電極9採用的材料為多晶矽或其他導電材料；

進一步的，所述厚絕緣介質層11、隔離介質層12、柵氧化層13、隔離介質14採用的材料可以是二氧化矽或其他絕緣介質材料。

進一步的，所述電荷柱區10由具有正電性或負電性的材料通過澱積或離子注入的方式在厚絕緣介質層11中形成。

作為優選方式，上述發明中所有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。

本發明的有益效果是：本發明提供的一種積累型的深槽超結dmos器件，通過在超結dmos器件中引入深槽結構，並在深槽結構中引入正電荷柱區，正嚮導通時在n柱中形成積累層，為超結dmos器件中多子電流的流動提供了一條低阻通路，大大減小了器件的導通電阻；並且該發明採用較薄的柵氧化層，使器件具有較小的閾值電壓。

附圖說明

圖1是本發明提供的一種積累型的深槽超結dmos器件；

圖2是本發明提供的一種積累型的深槽超結dmos器件正嚮導通時電流路徑示意圖；

圖3-圖8是本發明提供的一種積累型的深槽超結dmos器件的製造工藝步驟示意圖。

圖1-圖7中：1是金屬化漏極，2是n+襯底，3是p柱，4是n柱，5是p型體區，6是n+源區，7是p+接觸區，8是深槽結構，9是多晶矽柵電極、10是正電荷柱區、11是厚絕緣介質層，12是隔離介質層，13是柵氧化層，14是隔離介質，15是金屬化源極，帶箭頭的實線表示正嚮導通電流路徑，陰影區表示正嚮導通時的形成的電子積累區。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例，詳細描述本發明的技術方案：

實施例1

以下通過特定的具體實例說明本發明的實施方式，本領域技術人員可由本說明書所揭露的內容輕易地了解本發明的其他優點與功效。本發明還可以通過另外不同的具體實施方式加以實施或應用，本說明書中的各項細節也可以基於不同觀點與應用，在沒有背離本發明的精神下進行各種修飾或改變。

一種積累型的深槽超結dmos器件，如圖1所示，包括金屬化漏極1、n+襯底2、p柱3、n柱4、金屬化源極15；屬化漏電極1位於n+襯底2下表面；p柱3和n柱4位於n+襯底2上表面；n柱4位於p柱3兩側，並與p柱3形成超結結構；所述p柱3中具有深槽結構8、p型體區5、n+源區6和p+接觸區7；所述深槽結構8位於兩側的p柱3、p型體區5和n+源區6之間，所述n+源區6位於p型體區5的正上方並與p型體區5接觸，n+源區6的上表面與金屬化源極15接觸；所述p+接觸區7位於p型體區5的正上方並與p型體區5接觸，p+接觸區7的上表面與金屬化源極15接觸；所述深槽結構8中具有多晶矽柵電極9、柵氧化層13、隔離介質14；所述多晶矽柵電極9上表面的結深小於n+源區6下表面的結深，多晶矽柵電極9下表面的結深大於p型體區5下表面的結深；所述多晶矽柵電極9與金屬化源極15通過隔離介質14隔離；其特徵在於多晶矽柵電極位於柵氧化層13中，所述柵氧化層13的厚度較薄；其特徵還在於，所述深槽結構8從金屬化源極15下表面，垂直向下依次貫穿n+源區6、p型體區5和p柱3延伸到n+襯底2上表面，深槽結構8的上表面與金屬化源極15接觸，深槽結構8的下表面與n+襯底2接觸；其特徵還在於，深槽結構8中還具有正電荷柱區10、厚絕緣介質層11、隔離介質層12；所述正電荷柱區10位於厚絕緣介質層11中，正電荷柱區10位於多晶矽柵電極9下方，正電荷柱區10和多晶矽柵電極9之間通過絕緣介質層8隔離。

以實施例1說明本發明的工作原理：

器件的正嚮導通：

本發明所提供的一種積累型的深槽超結dmos器件，其正嚮導通時的電極連接方式為：多晶矽柵電極9接正電位，金屬化漏極1接正電位，金屬化源極15接零電位。

當多晶矽柵電極9施加的正偏電壓達到閾值電壓時，在p型體區5中靠近柵氧化層13處的一側形成反型溝道，由於柵氧化層13的厚度較薄，故閾值電壓較低；此時在金屬化漏極1的正向偏壓下，電子作為載流子從n+摻雜源區6經過p型體區5中形成的反型溝道，注入n柱區3，並達到金屬化漏極1形成正向電流，超結dmos器件導通，如圖2所示。由於n柱區3中電子積累區的形成，為超結dmos器件中多子電流的流動提供了一條低阻通路，減小了導通電阻。

本發明提供的具一種積累型的深槽超結dmos器件可用以下方法製備得到，主要工藝步驟為：

1、單晶矽準備。採用n型重摻雜單晶矽作為n+襯底2，晶向為。

2、外延生長一定厚度和摻雜濃度的n柱區3。

3，光刻，進行p柱深槽刻蝕，如圖3所示；

4、在深槽中填充p型外延，填充完成後進行cmp，形成p柱區4，如圖4所示。

5、光刻，深槽刻蝕，形成深槽結構8。深槽結構8延伸至n+襯底上表面，如圖5所示。

6、澱積介質層和具有正電性的材料。在深槽結構8中通過化學氣相澱積cvd等方法形成一定厚度的厚絕緣介質層11；然後在該厚絕緣介質層11表面澱積cs或其他具有正電性的材料以提供正電荷柱區10，如圖6所示。

7、利用各向同性溼法刻蝕，刻蝕掉深槽結構8上部的介質層和正電性材料，並在頂部澱積起隔離作用的隔離介質層12，如圖7所示。

8、製備柵結構。熱生長柵氧化層13，澱積多晶矽柵電極9，並刻蝕掉表面的氧化層和多晶矽；

9、p型雜質注入與推阱，形成p型體區5；n型重摻雜注入，形成n+重摻雜源區6；p型重摻雜注入，形成p+接觸區7，如圖8所示。

10、正面源極金屬化。在整個器件表面濺射一層金屬鋁，形成金屬化源極15。

11、背面減薄、金屬化，形成漏極1，如圖1所示。

實施例2

本例的結構在實施例1的基礎上，將實施例1中所有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，所有的正電荷柱區替換為負電荷柱區。所述負電荷柱區可由具有負電性的材料通過澱積或離子注入的方式在厚絕緣介質層11中形成。

製作器件時，還可用碳化矽、砷化鎵或鍺矽等半導體材料替代矽。