[发明专利]沟槽型垂直双扩散金属氧化物半导体晶体管及制备方法

说明书

本发明公开了一种沟槽型垂直双扩散金属氧化物半导体晶体管及其制备方法。该晶体管包括衬底、外延层、体区、第一栅介质层、栅极和源区；外延层层叠设置于衬底上，体区层叠设置于外延层上，外延层和体区中开设有沟槽，沟槽的开口位于外延层的上表面、槽底位于体区中；第一栅介质层和栅极均设置于沟槽中；部分栅极设置于体区中、部分栅极设置于外延层中，第一栅介质层用于间隔栅极与体区和栅极与外延层，源区设置于体区中。该沟槽型VDMOS器件能够使得半导体器件的发热量和能耗都得到显著的降低，运行速度得以提升。

技术领域

本发明涉及半导体器件技术领域，特别是涉及一种沟槽型垂直双扩散金属氧化物半导体晶体管的制备方法。

背景技术

垂直双扩散金属氧化物半导体晶体管(Vertical Double Diffusion MetalOxide Semiconductor，简称VDMOS)是通过源区和体区离子注入的纵向扩散距离差来形成沟道。VDMOS兼有双极晶体管和普通MOS器件的优点。与双极晶体管相比，它具有开关速度快、开关损耗小、输入阻抗高，驱动功率小；频率特性好、跨导高度线性等优点，广泛应用于电机调速、逆变器、开关电源等设备中。

沟槽型垂直双扩散金属氧化物半导体晶体管因在其制程中引入设置栅极的沟槽而得名。具体来说，栅极设置于位于体区的沟槽中，电流经体区流入源区时，通过控制栅极的电压可以控制电流的通断，实现了晶体管的开关。传统的沟槽型VDMOS器件的运行速度仍然有限，不适用于一些需要强调快速响应的应用场景，因而该沟槽型VDMOS器件的运行速度还有待于进一步提高。

发明内容

基于此，有必要提供一种能够使得沟槽型VDMOS的运行速度得到提高的沟槽型垂直双扩散金属氧化物半导体晶体管，进一步地，提供一种对应的制备方法。

一种沟槽型垂直双扩散金属氧化物半导体晶体管，其包括衬底、外延层、体区、第一栅介质层、栅极和源区；

所述外延层层叠设置于所述衬底上，所述体区层叠设置于所述外延层上，所述外延层和所述体区中开设有沟槽，所述沟槽槽口位于所述体区的上表面且槽底位于所述外延层中，所述第一栅介质层和所述栅极均设置于所述沟槽中；所述栅极部分设置于所述体区中且部分设置于所述外延层中，所述第一栅介质层用于间隔所述栅极与所述体区并用于间隔所述栅极与所述外延层，所述源区设置于所述体区中；

其中，所述体区的掺杂类型为第一掺杂类型，所述外延层和所述源区的掺杂类型为与所述第一掺杂类型不同的第二掺杂类型，所述体区为硅基体区，所述源区为碳化硅基源区。

在其中一个实施例中，还包括第二栅介质层和应变区，所述应变区设置于所述栅极的下方，所述应变区位于所述外延层中且接触所述外延层设置，所述第二栅介质层设置于所述应变区与所述栅极之间，所述应变区与所述外延层的掺杂类型相同，所述外延层为硅基外延层，所述应变区为碳化硅基应变区。

在其中一个实施例中，所述应变区中的掺杂浓度高于所述外延层的掺杂浓度。

在其中一个实施例中，所述应变区的厚度为0.1μm～1μm。

在其中一个实施例中，所述栅极在所述应变区上的正投影覆盖所述应变区。

在其中一个实施例中，所述栅极的厚度为0.1μm～5μm。

在其中一个实施例中，所述源区也设置于所述沟槽中。

在其中一个实施例中，所述沟槽为台阶位于所述体区中的台阶孔结构，且内径较大的一段位于上方，其中，所述源区位于所述台阶孔结构中内径较大的一段，所述栅极位于所述台阶孔结构中内径较小的一段。

在其中一个实施例中，还包括第一金属层和第二金属层，所述第一金属层电连接所述源区，所述第二金属层电连接所述衬底。