一种具有变K介质槽的超结碳化硅VDMOS器件制造技术

本发明专利技术涉及一种具有变K介质槽的超结碳化硅VDMOS器件，属于半导体功率器件领域。该器件包括衬底N+硅层、有源顶层硅和槽形结构；所述衬底N+硅层下方设置有漏电极；所述有源顶层硅设置有P型硅区、N‑漂移区、N+源区、P+源区和P阱；所述槽形结构设置有栅氧化层、栅电极和介质槽；所述N+源区和P+源区上方设置有源电极；所述衬底N+硅层下方设置有漏电极。本发明专利技术增强漂移区的电场调制效应，提高了击穿电压，同时使漂移区可以进行更高浓度的掺杂，从而有效降低器件在开态时候的导通电阻。

【技术实现步骤摘要】
一种具有变K介质槽的超结碳化硅VDMOS器件
本专利技术属于半导体功率器件领域，涉及一种具有变K介质槽的超结碳化硅VDMOS器件。
技术介绍
功率MOS(Metal-Oxide-Semiconductor，金属-氧化物-半导体)器件广泛应用于功率集成领域，自从垂直导电双扩散VDMOS(VerticalDouble-diffusedMetalOxideSemiconductor)新结构诞生以来，电力MOSFET得到了迅速发展。由于其独特的高输入阻抗、低驱动功率、高开关速度、优越的频率特性、以及很好的热稳定性等特点，广泛地应用于开关电源、汽车电子、马达驱动等各种领域。而击穿电压与导通电阻之间的矛盾是人们长期关注的焦点问题之一，并由此提出众多缓解该矛盾的方案，其中TrenchMOSFET结构本认为是能够有效缓解该矛盾的结构之一。典型的常规TrenchMOSFET结构如图1所示。该结构与常规VDMOS结构相比有许多性能优点：如更低的导通电阻、低栅漏电荷密度，从而有低的导通和开关损耗及快的开关速度。同时由于TrenchMOSFET的沟道是垂直的，故可进一步提高其沟道密度，减小芯片尺寸。相关内容可见参考文献：TaLB,HobgoodHM,ThomasRN.EvidenceoftheroleofboroninundopedGaAsgrownbyliquidencapsulatedCzochralski[J].AppliedPhysicsLetters,1982,41(11):1091-1093。在此基础上，用SiC制作的VDMOS器件比用Si做的具有更优越的性能，由于SiC独特的材料属性，例如高击穿电场，高的电子饱和速度，高热导率，因而在高功耗、高速、高温开关器件中具有巨大的潜力。美国Purdue大学结合Trench技术研制的SiCUMOS创造了阻断电压为3360V，导通电阻为199mΩ˙cm2的新纪录，这显示出SiC在高压领域的广阔研发前景。相关内容可见参考文献：LiY,CooperJAJ,CapanoMA.High-voltage(3kV)UMOSFETsin4H-SiC[J].ElectronDevicesIEEETransactionson,2002,49(6):972-975。目前，碳化硅VDMOS器件仍然是世界范围内的研究热点。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种具有变K介质槽的超结碳化硅VDMOS器件，用于进一步降低功率MOS的导通电阻，缓解器件击穿电压与导通电阻之间的问题。较常规VDMOS结构，增强漂移区的电场调制效应，提高击穿电压，同时使漂移区可以进行更高浓度的掺杂，从而有效降低器件在开态时候的导通电阻。为达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种具有变K介质槽的超结碳化硅VDMOS器件，包括衬底N+硅层(1)、有源顶层硅和槽形结构；所述有源顶层硅包含有P型硅区(3)和N-漂移区(2)；所述P型硅区(3)设置于N-漂移区(2)左方；所述P型硅区(3)与N-漂移区(2)接触；所述N-漂移区(2)与槽形结构接触；所述N-漂移区(2)、P型硅区(3)和槽形结构分别与衬底N+硅层(1)接触。进一步，所述N-漂移区(2)与P型硅区(3)形成超结结构；所述P型硅区(3)与N-漂移区(2)对齐。进一步，所述有源顶层硅还设置有N+源区(6)、P+源区(4)和P阱(5)；所述N+源区(6)和P阱(5)直接接触于槽形结构；所述N+源区(6)与P+源区(4)接触；所述N+源区(6)和P+源区(4)分别与P阱(5)接触，并设置于P阱(5)区域的上方；所述N+源区(6)和P+源区(4)上方设置有源电极(10)；所述P阱(5)分别与N-漂移区(2)、P+源区(4)接触；所述N-漂移区(2)介于P型硅区(3)和槽形结构之间；所述衬底N+硅层(1)下方设置有漏电极(11)。进一步，所述槽形结构设置有栅氧化层(8)、栅电极(7)和介质槽(9)；所述栅氧化层(8)呈L形包围栅电极(7)并与P阱(5)接触；进一步，所述介质槽(9)是介电系数K纵向变化的介质槽；所述介质槽(9)设置于栅氧化层(8)和衬底N+硅层(1)之间。进一步，所述的有源顶层硅和衬底N+硅层(1)均为SiC半导体材料。本专利技术的有益效果在于：本专利技术在常规的VDMOS器件基础上，加入超结结构，在大的反向偏压下，超结中的p柱和n柱将完全耗尽，在横向电场和纵向电场的相互作用下，耗尽区内纵向电场分布趋于均匀，使漂移区电场分布接近于矩形，从而起到承受更高电压的作用。并且采用介电系数K纵向变化的介质槽来调节旁边漂移区的电场，提高了击穿电压，同时使漂移区可以进行更高浓度的掺杂，从而有效降低器件在开态时候的导通电阻。附图说明为了使本专利技术的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本专利技术提供如下附图进行说明：图1为常规VDMOS器件结构示意图；图2为本专利技术所述的具有变K介质槽的超结碳化硅VDMOS器件结构示意图。附图中各标记为：1为衬底N+硅层、2为N-漂移区、3为P型硅区、4为P+源区、5为P阱、6为N+源区、7为栅电极、8为栅氧化层、9为介质槽、10为源电极、11为漏电极。具体实施方式下面将结合附图，对本专利技术的优选实施例进行详细的描述。图2为本专利技术所述的一种具有变K介质槽的超结碳化硅VDMOS器件结构，如图2所示：本专利技术提供的一种具有变K介质槽的超结碳化硅VDMOS器件结构，包括衬底N+硅层1、有源顶层硅和槽形结构，有源顶层硅包含有N-漂移区2和P型硅区3，所述P型硅区3设置于N-漂移区2左方，所述P型硅区3与N-漂移区2接触，所述N-漂移区2与槽形结构接触，所述N-漂移区2、P型硅区3和槽形结构分别与衬底N+硅层1接触。所述有源顶层硅还设置有N+源区6、P+源区4和P阱5，所述N+源区6和P阱5直接接触于槽形结构，所述N+源区6与P+源区4接触，所述N+源区6和P+源区4分别与P阱5接触，所述P阱5分别与N-漂移区2、P+源区4接触，所述N-漂移区2介于P型硅区3和槽形结构之间，所述衬底N+硅层1下方设置有漏电极11，所述槽形结构设置有栅氧化层8、栅电极7和介质槽9，栅氧化层8呈L形包围栅电极7并与P阱5接触，所述N+源区6和P+源区4设置于P阱5区域的上方，所述N+源区6和P+源区4上方设置有源电极10。所述有源顶层硅和衬底N+硅层1为SiC半导体材料。所述介质槽9设置于栅氧化层8和衬底N+硅层1之间，介质槽9的介电系数K是纵向变化的，具体填充介质的K值可根据需要调整。所述N-漂移区2与P型硅区3形成超结结构，所述P型硅区3与N-漂移区2对齐。本专利技术的工作原理：下面以图2提出的一种具有变K介质槽的超结碳化硅VDMOS器件结构，对所提出的新器件结构的工作机理进行详细说明。首先，在常规结构基础上，横向延长了P阱，拓宽了沟道。器件在较大的反向偏压下，超结中的p柱和n柱将完全耗尽，在横向电场和纵向电场的相互作用下，耗尽区内纵向电场分布趋于均匀，使漂移区电场分布接近于矩形，从而起到承受更高电压的作用。此外漂移区右方的介电系数K纵向变化的介质槽可以在侧边调制漂移区的电场分布，进一步提高了击穿电压，同时使得漂移区可以进行更高浓度的掺杂，从而在相同的击穿电压条件下有效降低器件在开态时本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有变K介质槽的超结碳化硅VDMOS器件，其特征在于：该器件包括衬底N+硅层(1)、有源顶层硅和槽形结构；所述有源顶层硅包含有P型硅区(3)和N‑漂移区(2)；所述P型硅区(3)设置于N‑漂移区(2)左方；所述P型硅区(3)与N‑漂移区(2)接触；所述N‑漂移区(2)与槽形结构接触；所述N‑漂移区(2)、P型硅区(3)和槽形结构分别与衬底N+硅层(1)接触。

【技术特征摘要】
1.一种具有变K介质槽的超结碳化硅VDMOS器件，其特征在于：该器件包括衬底N+硅层(1)、有源顶层硅和槽形结构；所述有源顶层硅包含有P型硅区(3)和N-漂移区(2)；所述P型硅区(3)设置于N-漂移区(2)左方；所述P型硅区(3)与N-漂移区(2)接触；所述N-漂移区(2)与槽形结构接触；所述N-漂移区(2)、P型硅区(3)和槽形结构分别与衬底N+硅层(1)接触。2.根据权利要求1所述的一种具有变K介质槽的超结碳化硅VDMOS器件，其特征在于：所述N-漂移区(2)与P型硅区(3)形成超结结构；所述P型硅区(3)与N-漂移区(2)对齐。3.根据权利要求1所述的一种具有变K介质槽的超结碳化硅VDMOS器件，其特征在于：所述有源顶层硅还设置有N+源区(6)、P+源区(4)和P阱(5)；所述N+源区(6)和P阱(5)直接接触于槽形结构；所述N+源区(6)与P+源区(4)接触；所述N+源区(6)和P+源区(4)分...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡盛东，黄野，郭经纬，杨冬，袁琦，刘畅，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：重庆,50