[发明专利]一种屏蔽栅沟槽MOSFET

说明书

本发明提供一种屏蔽栅沟槽MOSFET，包括从下到上依次设置N型重掺杂衬底、N型轻掺杂外延漂移层、P型扩散区、N型重掺杂扩散区、在垂直方向构建深槽、浅槽，深槽内构建屏蔽栅多晶硅与控制栅多晶硅，分别用隔离场氧与栅氧与沟槽边缘隔离，浅槽内构建控制栅多晶硅，用栅氧与沟槽边缘隔离，器件构建金属电极隔离氧，贯穿隔离氧、N型轻掺杂扩散区、P型扩散区构建梯形金属电极、金属电极与P型扩散区之间形成P型高掺杂区、器件顶部形成源极、器件底部形成漏极。本发明充分利用浅槽的抗翘曲能力大于深槽的原理，将控制器件开关的浅槽与形成电荷平衡的深槽垂直分布，相对于深槽垂直深槽分布，提高器件整体的抗翘曲能力。

技术领域

本发明属于半导体功率器件技术领域，具体涉及一种屏蔽栅沟槽MOSFET。

背景技术

功率半导体器件广泛应用于DC-AC变换器、DC-DC变换器、智能功率模块等领域。槽MOSFET与传统VDMOS相比，具有比导通电阻低、耐压性能好、沟道密度高的特点，成为目前市场上分立功率器件的主力产品。但是沟槽MOSFET与VDMOS类似，同样受到硅极限的限制。超结VDMOS的出现打破了硅极限，但其生产工艺复杂、成本高，因此多用于高压器件，未能取代沟槽MOSFET在中低压器件领域的市场。屏蔽栅沟槽MOSFET作为一种超结的替代结构，相对于超结MOSFET具有生产工艺简单、成本低、频率特性好的特点，成为了低压领域高端功率器件的主流，甚至在多个领域取代常规沟槽MOSFET。

屏蔽栅沟槽MOSFET的特点是具有两类多晶硅栅极，分别为控制器件开关的控制栅与提供电荷平衡的屏蔽栅。器件关断状态下，在反向偏压的作用下，由于屏蔽栅作为场板，提供了横向电场，辅助反偏压形成的纵向电场将漂移区完全耗尽，耗尽区内的电场分布近似于均匀电场，因此其击穿电压基本依赖于漂移区厚度，而漂移区浓度可以取很高的值，有效降低器件电阻。

屏蔽栅沟槽MOSFET的电流能力依赖于其沟道密度，其前身沟槽MOSFET可以使用网格状的沟槽分布来使沟道密度提升近一倍。然而，由于屏蔽栅沟槽MOSFET的沟槽相对于常规沟槽MOSFET更宽、更深，器件在生产过程中有概率出现晶圆翘曲问题。晶圆翘曲会导致晶圆加工过程中中心与边缘加工尺寸出现偏差，使器件电性波动变大，产品良率降低。严重时，会造成晶圆无法继续后续加工甚至损坏设备。因此，如果提高屏蔽栅沟槽MOSFET的抗翘曲能力，那么就可以利用网格状沟槽来提高屏蔽栅沟槽MOSFET的电流能力。

发明内容

本发明要解决的问题是：屏蔽栅沟槽MOSFET是一种垂直型沟槽器件，一种降低器件导通电阻、提高电流能力的主要方式是通过网格型沟槽来增加沟道密度。但是在工厂生产过程中，深槽产生的应力会使晶圆发生翘曲，使用网格型沟槽更是会在晶圆的两个方向都产生明显翘曲，显著提高了生产风险、降低了同一晶圆上器件性能分布不均，也是造成晶圆外周器件良品率低下的一个主要原因。因此，在使用网格型沟槽设计的前提下，如何缓解晶圆翘曲成为决定能否量产生产的主要因素。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种屏蔽栅沟槽MOSFET，包括：N型重掺杂衬底1、位于N型重掺杂衬底1上的漂移层2、漂移层2上部的P型扩散区3、位于P型扩散区3顶部的N型重掺杂扩散区4；位于N型重掺杂扩散区4上部的金属电极隔离氧11，贯穿金属电极隔离氧11与N型重掺杂扩散区4与P型扩散区3的楔形金属电极12、位于N型重掺杂扩散区4与P型扩散区3之间的P型重掺杂区13、位于器件顶部与楔形金属电极12接触的源极电极14、位于器件底部与N型重掺杂衬底1接触的漏极电极15；

任取两相邻台面连线为剖面线AA’，沿AA’截面方向，在漂移层2内部设有深槽5，深槽5的底部靠近漂移层2与N型重掺杂衬底1的交界处，深槽5内底部及侧壁设有隔离场氧7，隔离场氧7内部为屏蔽栅多晶硅8，深槽5上部屏蔽栅多晶硅8的两侧上方为控制栅多晶硅10，控制栅多晶硅10两侧的侧壁为栅氧化层9；