[发明专利]功率金属氧化物半导体场效应管及其形成方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体器件，尤其是功率金属氧化物半导体场效应管。

背景技术

由于功率金属氧化物半导体场效应晶体管(功率MOSFET)具有功率低、开关速度快等特点，功率MOSFET被广泛应用于电源的开关器件中。

请参考图1，现有技术的功率MOSFET的结构包括：

半导体衬底100；位于所述半导体衬底100表面的漏区101、位于所述漏区101表面的体区103和位于所述体区103表面的源区105；贯穿所述源区105、体区103和漏区101的U型沟槽107；覆盖所述U型沟槽107内表面的栅绝缘层109；位于U型沟槽107内且位于所述栅绝缘层109表面的栅电极层111。

当对功率MOSFET的漏区101施加高电压时，受U型沟槽底部、漏区、体区PN结掺杂浓度等的作用，功率MOSFET内部尤其是U型沟槽底部极易发生雪崩击穿。当雪崩击穿后，如果没有适当的缓冲或抑制措施，随着反向电流的增大，功率MOSFET消耗内部的温度将上升很快，甚至烧毁功率MOSFET。

公开号为“CN101188249”的专利申请文件中公开了一种“具有垂直层状漏极结构的MOSFET及其漏极制造方法”，该专利申请文件中将漏极结构设计为垂直于沟槽表面方向的层状结构，以减小沟槽下方漏极和衬底之间的雪崩击穿效应，但此种方法并不能完全有效的降低雪崩击穿效应。

关于更多有关减轻雪崩击穿的研究，请参考公开号为“CN200910260507.X”、“CN200810070010.7”的专利申请文献。

发明内容

本发明解决的问题是提供一种可有效减轻雪崩击穿的功率金属氧化物半导体场效应管及其形成方法。

为解决上述问题，本发明提供一种功率金属氧化物半导体场效应管，包括：

具有第一导电类型的漏区；

位于所述漏区表面、具有第二导电类型的体区，其中第一导电类型和第二导电类型的极性相反；

位于所述体区表面、具有第一导电类型的源区；

贯穿所述源区、体区以及部分位于所述漏区的U型沟槽；

覆盖所述U型沟槽内表面的栅绝缘层，所述栅绝缘层包括位于所述U型沟槽侧壁的隔离部和位于所述U型沟槽底部的调节部，所述调节部用于调节所述栅绝缘层内的电场线分布；

位于U型沟槽内且位于所述栅绝缘层表面的栅电极层；

位于所述漏区内的浮置环，所述浮置环具有第二导电类型，所述浮置环与所述调节部接触。

可选地，所述调节部和所述栅电极层的接触面为或形。

可选地，所述调节部到体区的距离为400～600

可选地，所述隔离部的厚度为400～600

可选地，所述浮置环的半径为U型沟槽的宽度的0.5～1.25倍。

可选地，所述栅绝缘层的材料为氧化硅。

可选地，所述第一导电类型为N型时，所述第二导电类型为P型；所述第一导电类型为P型时，所述第二导电类型为N型。

本发明的实施例还提供了一种功率金属氧化物半导体场效应管的形成方法，包括：

提供半导体衬底和位于所述半导体衬底表面的外延层，所述外延层具有第一导电类型；

在所述外延层内形成U型沟槽；

形成位于所述外延层内且与所述U型沟槽底部接触的浮置环，所述浮置环具有第二导电类型，所述第一导电类型和第二导电类型具有相反的极性；

形成覆盖所述U型沟槽内表面的栅绝缘层，所述栅绝缘层包括位于U型沟槽侧壁的隔离部和位于U型沟槽底部的调节部，所述调节部用于调节所述栅绝缘层内的电场线分布；

形成位于U型沟槽内且位于所述栅绝缘层表面的栅电极层；

在所述外延层内形成位于所述半导体衬底表面的漏区、位于所述漏区表面的体区和位于所述体区表面的源区，所述漏区和源区具有第一导电类型，所述体区具有第二导电类型。

可选地，所述浮置环的形成方法包括两步离子注入，首先注入第一剂量的第二导电类型的离子，然后注入第二剂量的第二导电类型的离子，且第一剂量大于第二剂量。

可选地，所述栅绝缘层的形成工艺为热氧化生长工艺。

与现有技术相比，本发明的实施例具有以下优点：

本发明实施例的功率金属氧化物半导体场效应管的栅绝缘层包括位于U型沟槽侧壁的隔离部和位于U型沟槽底部的调节部，所述调节部用于调节所述栅绝缘层内的电场线分布，使得栅绝缘层内的电场线分布均匀。本发明实施例的功率金属氧化物半导体场效应管不至于因为某一处的电压过大而发生雪崩击穿现象。