本發(fā)明屬于功率半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種深槽dmos器件。

背景技術(shù)：

功率金屬-氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(metaloxidesemiconductorfield-effecttransistor，mosfet)的兩個關(guān)鍵參數(shù)是擊穿電壓bv和導(dǎo)通電阻ron。由于mosfet器件屬于單級型器件，其擊穿電壓與漂移區(qū)厚度和漂移區(qū)摻雜濃度有關(guān)，高的擊穿電壓需要厚的漂移區(qū)和低的漂移區(qū)摻雜濃度，然而這樣會使得其導(dǎo)通電阻ron增加。導(dǎo)通電阻ron和耐壓bv之間存在關(guān)系：ron∝bv^2.5，即硅極限。因此，隨著器件耐壓增加，導(dǎo)通電阻成指數(shù)增長趨勢，功耗大大增加。特別地，在典型高壓mosfet器件中導(dǎo)通電阻主要由漂移區(qū)電阻決定。因此在不影響器件擊穿電壓性能的同時通過降低漂移區(qū)電阻來降低導(dǎo)通電阻具有重要的意義。因此研究者基于傳統(tǒng)mosfet結(jié)構(gòu)進行改進，陳星弼院士等人提出了縱向超結(jié)結(jié)構(gòu)，通過在傳統(tǒng)mosfet器件的漂移區(qū)中引入交替設(shè)置的p區(qū)和n區(qū)以代替原有的輕摻雜區(qū)作為漂移區(qū)，橫向電場的引入使得縱向電場因二維電場效應(yīng)由三角形(或者梯形分布)變?yōu)榫匦畏植?，從而提高擊穿電壓，打破硅極限，實現(xiàn)導(dǎo)通電阻與擊穿電壓之間的關(guān)系優(yōu)化為ron∝bv^1.32，這顯著改善了功率mosfet器件的導(dǎo)通電阻和擊穿電壓的關(guān)系，即在增強器件擊穿電壓性能的同時也降低了器件的導(dǎo)通電阻。然而，目前超結(jié)技術(shù)的引入也給器件在實際中的應(yīng)用和發(fā)展帶來了以下兩個主要缺陷：其一在于器件內(nèi)部橫向pn結(jié)的結(jié)面增加，使得體二極管的反向恢復(fù)特性變得較差；其二在于形成交替的pn結(jié)存在工藝難度較大、生產(chǎn)成本過高的問題。因此，如何改善功率mosfet器件的導(dǎo)通電阻和擊穿電壓的關(guān)系成為了本領(lǐng)域想要解決的技術(shù)問題，現(xiàn)亟需一種在降低導(dǎo)通電阻的同時又不有損器件耐壓性能的方法。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明為了改善功率mosfet器件的導(dǎo)通電阻和擊穿電壓的關(guān)系，提供了一種基于應(yīng)變技術(shù)實現(xiàn)在相同耐壓條件具有更低導(dǎo)通電阻的深槽dmos器件。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供的技術(shù)方案如下：

一種深槽dmos器件，包括：第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體摻雜襯底(2)，在所述第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體摻雜襯底(2)的背面設(shè)置有金屬化漏極(1)，在所述第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體摻雜襯底(2)的正面設(shè)置有第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體摻雜漂移區(qū)(3)，在第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體摻雜漂移區(qū)(3)的表面下方具有第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體摻雜體區(qū)(4)，所述第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體摻雜體區(qū)(4)中具有深槽(7)，所述深槽(7)兩側(cè)的第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體摻雜體區(qū)(4)中具有第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體摻雜源區(qū)(5)和第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體摻雜接觸區(qū)(6)，所述深槽(7)、第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體摻雜源區(qū)(5)和第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體摻雜接觸區(qū)(6)的上表面與金屬化源極(12)相接觸，所述深槽(7)中具有柵電極(8)和柵介質(zhì)層(9)，所述柵電極(8)位于柵介質(zhì)層(9)中，并且柵電極(8)與金屬化源極(12)通過所述柵介質(zhì)層(9)隔離；其特征在于：所述深槽(7)自第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體摻雜體區(qū)(4)的表面下方穿過第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體摻雜體區(qū)(4)并進入第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體摻雜漂移區(qū)(3)中且下表面與第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體摻雜襯底(2)的上表面相接觸，所述深槽(7)中還具有應(yīng)變絕緣介質(zhì)區(qū)(10)，所述應(yīng)變絕緣介質(zhì)區(qū)(10)位于深槽(7)底部且通過柵介質(zhì)層(9)與柵電極(8)隔離，并且應(yīng)變絕緣介質(zhì)區(qū)(10)的下表面與第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體摻雜襯底(2)的上表面接觸；所述應(yīng)變絕緣介質(zhì)區(qū)(10)中具有與第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體摻雜漂移區(qū)(3)的導(dǎo)電類型相反的雜質(zhì)。

進一步的是，本發(fā)明中柵電極(8)的上表面結(jié)深小于第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體摻雜源區(qū)(5)的下表面結(jié)深，柵電極(8)的下表面結(jié)深大于第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體摻雜體區(qū)(4)的下表面結(jié)深。

進一步的是，本發(fā)明的應(yīng)變絕緣介質(zhì)區(qū)(10)中雜質(zhì)注入方式采用淀積或者離子注入。

作為優(yōu)選實施方式，本發(fā)明的應(yīng)變絕緣介質(zhì)區(qū)(10)中雜質(zhì)含量自上而下(即自金屬化源極至金屬化漏極方向)逐漸降低。

進一步的是，本發(fā)明中第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體為p型半導(dǎo)體，第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體為n型半導(dǎo)體。

進一步的是，本發(fā)明中第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體為n型半導(dǎo)體，第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體為p型半導(dǎo)體。

進一步的是，本發(fā)明中柵電極為多晶硅柵電極。

作為優(yōu)選實施方式，本發(fā)明中柵介質(zhì)層為二氧化硅。

進一步的是，本發(fā)明中應(yīng)變絕緣介質(zhì)區(qū)的材料優(yōu)選為氮化硅；

具體地，當(dāng)本發(fā)明中第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體為n型半導(dǎo)體，第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體為p型半導(dǎo)體時，本發(fā)明中應(yīng)變絕緣介質(zhì)區(qū)(10)具有壓縮應(yīng)變特性。

具體地，當(dāng)本發(fā)明中第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體為p型半導(dǎo)體，第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體為n型半導(dǎo)體時，本發(fā)明中應(yīng)變絕緣介質(zhì)區(qū)(10)具有拉伸應(yīng)變特性。

進一步的是，本發(fā)明中第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體或者所述第二導(dǎo)帶類型半導(dǎo)體的材料為體硅、碳化硅、砷化鎵、磷化銦或者鍺硅復(fù)合材料。

相比現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的有益效果如下：

本發(fā)明通過合理設(shè)計深槽dmos器件的結(jié)構(gòu)，采用在深槽中引入應(yīng)變絕緣介質(zhì)區(qū)，為dmos器件中多子電流的流動通路所在半導(dǎo)體材料區(qū)域施加應(yīng)力，使得其中的載流子遷移率增加，從而降低器件的導(dǎo)通電阻；進一步地，本發(fā)明在應(yīng)變絕緣介質(zhì)區(qū)中摻雜與漂移區(qū)導(dǎo)電類型相反的雜質(zhì)，從而使得漂移區(qū)與應(yīng)變絕緣介質(zhì)區(qū)在反向阻斷時形成橫向電場以輔助耗盡漂移區(qū)，從而提高了器件的反向耐壓性能。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實施例1提供的一種深槽dmos器件；

圖2是本發(fā)明實施例1提供的一種深槽dmos器件正向?qū)〞r電流路徑示意圖；

圖3是本發(fā)明實施例1提供的一種深槽dmos器件反向阻斷時電場分布示意圖；

圖4是本發(fā)明實施例2提供的一種深槽dmos器件；

圖中：1是金屬化漏極，2是第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體摻雜襯底，3是第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體摻雜漂移區(qū)，4是第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體摻雜體區(qū)，5是第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體摻雜源區(qū)，6是第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體摻雜接觸區(qū)，7是深槽，8是柵電極，9是柵介質(zhì)層，10是應(yīng)變絕緣介質(zhì)區(qū)，12是金屬化源極。

具體實施方式

下面參照附圖對本發(fā)明進行更全面的描述，在附圖中相同的標號表示相同或者相似的組件或者元素。本發(fā)明的要旨在于提供一種兼顧低導(dǎo)通電阻和高耐壓性能的深槽dmos器件，當(dāng)?shù)谝粚?dǎo)電類型半導(dǎo)體為p型半導(dǎo)體而第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體為n型半導(dǎo)體時，本發(fā)明提供的器件為p溝道深槽dmos器件；當(dāng)?shù)谝粚?dǎo)電類型半導(dǎo)體為n型半導(dǎo)體而第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體為p型半導(dǎo)體時，本發(fā)明提供的器件為n溝道深槽dmos器件。

實施例1：

如圖1所示，本實施例提供一種深槽dmos器件，包括：n⁺襯底2，在n⁺襯底2的背面設(shè)置有金屬化漏極1，在n⁺襯底2的正面設(shè)置有n型漂移區(qū)3，在n型漂移區(qū)3的表面下方具有p型體區(qū)4，p型體區(qū)4中具有深槽7，深槽7兩側(cè)的p型體區(qū)4中具有n⁺源區(qū)5和p⁺接觸區(qū)6，深槽7、n⁺源區(qū)5和p⁺接觸區(qū)6的上表面與金屬化源極12相接觸，深槽7中具有柵電極8和柵介質(zhì)層9，柵電極8的上表面結(jié)深小于n⁺源區(qū)5的下表面結(jié)深，柵電極8的下表面結(jié)深大于p型體區(qū)4的下表面結(jié)深，柵電極8位于柵介質(zhì)層9中，并且柵電極8與金屬化源極12通過柵介質(zhì)層9隔離；其特征在于：深槽7自p型體區(qū)4的表面下方穿過p型體區(qū)4并進入n型漂移區(qū)3中且下表面與n⁺襯底2的上表面相接觸，深槽7中還設(shè)有具有拉伸應(yīng)變特性的應(yīng)變絕緣介質(zhì)區(qū)10，應(yīng)變絕緣介質(zhì)區(qū)中具有負電荷，應(yīng)變絕緣介質(zhì)區(qū)10位于深槽7底部且通過柵介質(zhì)層9與柵電極8隔離，并且應(yīng)變絕緣介質(zhì)區(qū)10的下表面與n⁺襯底2的上表面接觸。

為了獲得更好的反向耐壓性能，本實施在應(yīng)變絕緣介質(zhì)區(qū)10中摻雜負電荷，具體可采用負電性材料通過淀積或者離子注入的方式或者任何合適的方法在應(yīng)變絕緣介質(zhì)區(qū)10中形成，制備工藝為本領(lǐng)域常規(guī)技術(shù)手段，本發(fā)明在此不再贅述。

作為優(yōu)選實施方式，本實施中柵電極的材料采用多晶硅材料；根據(jù)本領(lǐng)域公式常識可知：可以為任何合適的導(dǎo)電材料。

作為優(yōu)選實施方式，本實施中柵介質(zhì)層的材料采用二氧化硅；根據(jù)本領(lǐng)域公式常識可知：可以為任何合適的絕緣介質(zhì)材料。

下面具體以n溝道深槽dmos器件為例并結(jié)合圖1至圖3詳細說明本發(fā)明的原理及特性，根據(jù)本領(lǐng)域公知常識可知p溝道深槽dmos器件的原理相類似：

n溝道深槽dmos器件的正向?qū)ㄌ匦裕?/p>

本發(fā)明提供的n溝道深槽dmos器件在正向?qū)〞r電極的連接方式為：柵電極8接正電位，金屬化漏極1接正電位，金屬化源極12接零電位；

本實施例引入深槽7，并且在深槽7中設(shè)置應(yīng)變絕緣介質(zhì)區(qū)10，為dmos器件中電子的流動通路所在半導(dǎo)體材料施加應(yīng)力，由于應(yīng)變絕緣介質(zhì)區(qū)的拉伸應(yīng)變可增加電子的遷移率，從而達到降低器件導(dǎo)通電阻的目的，當(dāng)柵電極8施加的正電壓達到閾值電壓時，在p型體區(qū)4中靠近柵介質(zhì)層9側(cè)形成反型溝道，此時在金屬化漏極1的正向偏壓下，電子作為載流子從n⁺源區(qū)5經(jīng)過p型體區(qū)4中形成的反型溝道并注入n型漂移區(qū)3，然后到達金屬化漏極形成正向電流致使器件導(dǎo)通，路徑示意圖如圖2所示。

器件的反向阻斷特性：

本發(fā)明提供的n溝道深槽dmos器件在反向阻斷時電極的連接方式為：金屬化漏極1接正電位，柵電極8和金屬化源極12短接且接零電位；

當(dāng)器件處于阻斷狀態(tài)時，金屬化漏極1施加正偏壓，n型漂移區(qū)3開始耗盡，由于應(yīng)變絕緣介質(zhì)區(qū)10中具有負電荷，當(dāng)反向阻斷時，使得n型漂移區(qū)3與應(yīng)變絕緣介質(zhì)區(qū)10產(chǎn)生橫向電場用以輔助耗盡n型漂移區(qū)3，進而提高了器件的反向耐壓，使得在相同耐壓條件下，本發(fā)明器件能夠采用更高的漂移區(qū)濃度，降低了器件的導(dǎo)通電阻。

本領(lǐng)域技術(shù)人員在實際操作中應(yīng)結(jié)合本領(lǐng)域知識根據(jù)需要合理調(diào)整應(yīng)變絕緣介質(zhì)區(qū)區(qū)10中負電荷的電荷密度，進而保證應(yīng)變絕緣介質(zhì)區(qū)區(qū)10電荷密度與n型漂移區(qū)3的施主雜質(zhì)濃度基本相等，使得反向阻斷時電場分布近似如圖3所示的矩形分布，從而保證器件在阻斷狀態(tài)時的擊穿電壓。

實施例2：

本實施例除了應(yīng)變絕緣介質(zhì)區(qū)10中自上而下(即自金屬化源極至金屬化漏極方向)中負電荷的摻雜量逐漸降低以外，其余結(jié)構(gòu)均與實施例1相同。

本實施例作為實施例1的改進，通過如上手段能夠使得n型漂移區(qū)3與應(yīng)變絕緣介質(zhì)區(qū)10形成橫向電場分布更加均勻，從而使得縱向電場更接近矩形分布，進一步提高器件的反向阻斷電壓。

實施例3：

本實施例提供一種深槽dmos器件，包括：p⁺襯底2，在p⁺襯底2的背面設(shè)置有金屬化漏極1，在p⁺襯底2的正面設(shè)置有p型漂移區(qū)3，在p型漂移區(qū)3的表面下方具有p型體區(qū)4，p型體區(qū)4中具有深槽7，深槽7兩側(cè)的p型體區(qū)4中具有p⁺源區(qū)5和p⁺接觸區(qū)6，深槽7、p⁺源區(qū)5和p⁺接觸區(qū)6的上表面與金屬化源極12相接觸，深槽7中具有柵電極8和柵介質(zhì)層9，柵電極8的上表面結(jié)深小于p⁺源區(qū)5的下表面結(jié)深，柵電極8的下表面結(jié)深大于n型體區(qū)4的下表面結(jié)深，柵電極8位于柵介質(zhì)層9中，并且柵電極8與金屬化源極12通過柵介質(zhì)層9隔離；其特征在于：深槽7自p型體區(qū)4的表面下方穿過p型體區(qū)4并進入p型漂移區(qū)3中且下表面與p⁺襯底2的上表面相接觸，深槽7中還設(shè)有具有壓縮應(yīng)變特性的應(yīng)變絕緣介質(zhì)區(qū)10，應(yīng)變絕緣介質(zhì)區(qū)中具有正電荷，應(yīng)變絕緣介質(zhì)區(qū)10位于深槽7底部且通過柵介質(zhì)層9與柵電極8隔離，并且應(yīng)變絕緣介質(zhì)區(qū)10的下表面與p⁺襯底2的上表面接觸。

為了獲得更好的反向耐壓性能，本實施在應(yīng)變絕緣介質(zhì)區(qū)10中摻雜負電荷，具體可采用負電性材料通過淀積或者離子注入的方式或者任何合適的方法在應(yīng)變絕緣介質(zhì)區(qū)10中形成，制備工藝為本領(lǐng)域常規(guī)技術(shù)手段，本發(fā)明在此不再贅述。

作為優(yōu)選實施方式，本實施中柵電極的材料采用多晶硅材料；根據(jù)本領(lǐng)域公式常識可知：可以為任何合適的導(dǎo)電材料。

作為優(yōu)選實施方式，本實施中柵介質(zhì)層的材料采用二氧化硅；根據(jù)本領(lǐng)域公式常識可知：可以為任何合適的絕緣介質(zhì)材料。

以上結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施例進行了闡述，但是本發(fā)明并不局限于上述的具體實施方式，上述具體實施方式僅僅是示意性的，而不是限制性的。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的啟示下，在不脫離本發(fā)明宗旨和權(quán)利要求所保護的范圍情況下，還可做出很多形式，這些均屬于本發(fā)明的保護之內(nèi)。