[发明专利]一种纵向超结金属氧化物场效应晶体管器件及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体功率器件技术领域，具体涉及一种纵向高压功率器件，更具体的说，是关于一种同时具有快速开关和低导通电阻的纵向超结金属氧化物场效应晶体管器件及其制备方法。

背景技术

超结金属氧化物场效应晶体管是一种具有金属氧化物半导体晶体管的绝缘栅结构优点同时具有高电流密度低导通电阻优点的新型器件，它是一种能用于有效地降低传统的功率金属氧化物半导体场效应晶体管的导电损耗的功率半导体器件。它是基于电荷平衡原理的电荷补偿型器件。

传统高压功率金属氧化物半导体场效应晶体管器件用低掺杂的外延漂移层作电压支持层，其导通电阻主要就是漂移层电阻。漂移层的耐压能力由其厚度和掺杂浓度决定。所以，为了提高击穿电压，必须同时增加漂移层厚度和降低其掺杂浓度。这就使得漂移层的电阻不断增加，在导通状态时(尤其是高压时)，漂移层电阻占导通电阻的绝大部分。

超结金属氧化物场效应晶体管的基本特点是其由间隔n-和p-掺杂的区域构成的漂移区来实现耐压。传统高压功率金属氧化物半导体场效应晶体管器件在承受反向高压时，其主要依靠PN结的纵向耗尽来实现耐压，在整个器件的PN结交界处会出现电场强度峰值。而超结金属氧化物场效应晶体管由于引入了电荷补偿机制，其内部在耗尽耐压时，电场分布更加均匀，与传统高压功率金属氧化物半导体场效应晶体管器件的三角形峰值电场分布，超结金属氧化物场效应晶体管的器件内部电场在纵向耐压方向为矩形分布。矩形电场强度分布，使其整个器件在耗尽耐压过程中，不出现个别电场峰值。由于垂直方向上插入P型区，可以补偿过量的电流导通电荷。在漂移层加反向偏置电压，将产生一个横向电场，使PN结耗尽。当电压达到一定值时，漂移层完全耗尽，将起到电压支持层的作用。因此其电压支持层的杂质掺杂浓度可以提高将近一个数量级，由于掺杂浓度的大幅提高，在相同的击穿电压下，导通电阻可以大大降低。因此经过不断的演化和完善，超结金属氧化物场效应晶体管器件的新结构不断出现。

针对超结金属氧化物场效应晶体管终端结构的设计也一直是研究者关的焦点。超结金属氧化物场效应晶体管终端结构有别于传统高压功率金属氧化物半导体场效应晶体管器件，其结构的设计可以与内部的超结结构相结合。在相关技术中，有人提出变化P型、N型掺杂区域的比例，也有人提出按倍率缩小P型、N型掺杂区域的周期等。这些方法都是为了能够实现超结金属氧化物场效应晶体管终端结构更好的耐压。

发明内容

为克服现有技术的不同，本发明的一个目的在于提供一种纵向超结金属氧化物场效应晶体管器件。

本发明的另一个目的在于提供一种纵向超结金属氧化物场效应晶体管器件的制备方法。

该器件在能够保证耐压要求的同时，不会加长终端结构的原来尺寸，且可以更好的优化终端结构的内部电势分布，有效降低峰值电场强度。

为解决上述技术问题，达到上述技术目的，本发明所述纵向超结金属氧化物场效应晶体管器件采用如下技术方案：

一种纵向超结金属氧化物场效应晶体管器件，包括：N型掺杂半导体衬底，所述N型掺杂半导体衬底的上面设有N型掺杂外延层，所述N型掺杂外延层的内部设有第一P型掺杂深阱区、第二P型掺杂深阱区和第三P型掺杂深阱区，所述第一P型掺杂深阱区的上侧设有P型掺杂区，所述P型掺杂区中设有N型源极接触掺杂区，部分所述N型掺杂源极接触区、部分所述P型掺杂区、部分所述N型掺杂外延层和所述第二P型掺杂深阱区、第三P型掺杂深阱区的上方设有栅氧化层，部分所述栅氧化层的上方设有多晶硅，所述多晶硅构成了所述超结金属氧化物场效应晶体管器件的栅电极，在部分所述栅氧化层的上方设有介质层，在部分所述N型掺杂源极接触区和部分所述P型掺杂区的上方设有金属电极层；所述第一P型掺杂深阱区、所述P型掺杂区、所述N型掺杂源极接触区、所述栅氧化层和所述多晶硅共同构成所述纵向超结金属氧化物场效应晶体管器件的内部原胞区域，所述第二P型掺杂深阱区和所述第三P型掺杂深阱区共同构成所述纵向超结金属氧化物场效应晶体管器件的终端耐压结构区域，其特征在于，所述第一P型掺杂深阱区、所述第二P型掺杂深阱区和所述第三P型掺杂深阱区的深度均不相同，所述P型掺杂深阱区只在所述内部原胞区域中出现，所述第二P型掺杂深阱区和所述第三P型掺杂深阱区只在所述终端耐压结构区域中出现。

优选的，所述终端结构区域中所述第二P型掺杂深阱区和所述第三P型掺杂深阱区的深度小于所述内部原胞区域中所述第一P型掺杂深阱区的深度，且所述第三P型掺杂深阱区的深度小于所述第二P型掺杂深阱区的深度。