CN102176467A - 沟槽式金属氧化物半导体场效应晶体管 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种沟槽式金属氧化物半导体场效应晶体管，包括衬底，形成于所述衬底表面的n-外延层，延伸至所述n-外延层的沟槽以及设置于所述沟槽内的栅电极，其特征在于，所述n-外延层包括设置于所述沟槽和所述衬底之间的硼扩散区。本发明的沟槽式金属氧化物半导体场效应晶体管能够提高击穿电压。

Description

沟槽式金属氧化物半导体场效应晶体管
技术领域
本发明涉及一种金属氧化物半导体场效应晶体管，尤其涉及一种沟槽式金属氧化物半导体场效应晶体管。
背景技术
金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)是一种利用电场效应来控制电流大小的半导体器件。场效应晶体管体积小、重量轻、耗电省、寿命长，并具有输入阻抗高、噪声低、热稳定性好、抗辐射能力强和制造工艺简单等优点，因而应用范围广。
请参阅图1，图1是一种现有技术的沟槽式(trench)金属氧化物半导体场效应晶体管的剖面结构示意图。所述沟槽式金属氧化物半导体场效应晶体管包括n+衬底11，形成在所述n+衬底11表面的n-外延层12，形成在所述n-外延层12表面的p型体区13。沟槽14延伸通过所述体区13直到所述n-外延层12，所述沟槽14中设置有多晶硅栅电极15，所述栅电极15和所述p型体区13之间设置有栅氧化层16。所述N+源区17连接所述沟槽式金属氧化物半导体场效应晶体管的源极，所述栅电极15连接所述沟槽式金属氧化物半导体场效应晶体管的栅极，所述衬底11连接所述沟槽式金属氧化物半导体场效应晶体管的漏极。
在使用时，将电压加在所述栅电极15上，从而控制所述p型体区13中延伸并与所述沟槽14相邻的、在所述沟槽式金属氧化物半导体场效应晶体管的源极和漏极之间的沟道。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能够提高击穿电压(Breakdown Voltage，BV)的沟槽式金属氧化物半导体场效应晶体管。
一种沟槽式金属氧化物半导体场效应晶体管，包括衬底，形成于所述衬底表面的n-外延层，延伸至所述n-外延层的沟槽以及设置于所述沟槽内的栅电极，述n-外延层包括设置于所述沟槽和所述衬底之间的硼扩散区。
上述场效应晶体管优选的一种技术方案，所述沟槽式金属氧化物半导体场效应晶体管还包括形成于所述n-外延层的p型体区，所述沟槽延伸通过所述体区直到所述n-外延层。
上述场效应晶体管优选的一种技术方案，在所述沟槽内，所述栅电极和所述p型体区之间设置栅氧化层。
上述场效应晶体管优选的一种技术方案，所述沟槽式金属氧化物半导体场效应晶体管还包括N+源区。
上述场效应晶体管优选的一种技术方案，所述n-外延层包括多个硼扩散区，所述多个硼扩散区在垂直于所述衬底的方向排列。
上述场效应晶体管优选的一种技术方案，所述n-外延层包括3个硼扩散区。
上述场效应晶体管优选的一种技术方案，所述硼扩散区的剖面呈圆形。
上述场效应晶体管优选的一种技术方案，所述硼扩散区通过向所述n-外延层注入硼的方式形成。
与现有技术相比，本发明的沟槽式金属氧化物半导体场效应晶体管在所述沟槽和所述衬底之间的所述n-外延层内设置硼扩散区，从而提高所述沟槽式金属氧化物半导体场效应晶体管的击穿电压。
附图说明
图1是一种现有技术的沟槽式金属氧化物半导体场效应晶体管的剖面结构示意图。
图2是本发明第一实施例的沟槽式金属氧化物半导体场效应晶体管的剖面结构示意图。
图3是本发明第二实施例的沟槽式金属氧化物半导体场效应晶体管的剖面结构示意图。
图4是本发明第三实施例的沟槽式金属氧化物半导体场效应晶体管的剖面结构示意图。
图5是图2到图4实施例的沟槽式金属氧化物半导体场效应晶体管的性能测试曲线图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本发明作进一步的详细描述。
请参阅图2，图2是本发明第一实施例的沟槽式金属氧化物半导体场效应晶体管的剖面结构示意图。所述沟槽式金属氧化物半导体场效应晶体管包括n+衬底21，形成在所述n+衬底21表面的n-外延层22，形成在所述n-外延层22表面的p型体区23。沟槽24延伸通过所述体区23直到所述n-外延层22，所述沟槽24中设置有多晶硅栅电极25，所述栅电极25和所述p型体区23之间设置有栅氧化层26。
所述n-外延层22包括设置于所述沟槽24和所述衬底21之间的一个硼扩散区28。所述硼扩散区28通过向所述n-外延层22注入硼的方式形成，所述硼扩散区28用于提高所述沟槽式金属氧化物半导体场效应晶体管的击穿电压。优选的，所述硼扩散区28的剖面呈圆形，通常利用注入所述n-外延层22的硼扩散形成。
所述N+源区27连接所述场效应晶体管的源极，所述栅电极25连接所述场效应晶体管的栅极，所述衬底21连接所述场效应晶体管的漏极。
在使用时，将电压加在所述栅电极15上，从而控制所述p型体区13中延伸并与所述沟槽14相邻的、在所述沟槽式金属氧化物半导体场效应晶体管的源极和漏极之间的沟道。
请参阅图3，图3是本发明第二实施例的沟槽式金属氧化物半导体场效应晶体管的剖面结构示意图。本实施例的沟槽式金属氧化物半导体场效应晶体管与第一实施例的沟槽式金属氧化物半导体场效应晶体管的结构基本相同，不同之处在于，所述n-外延层22包括设置于所述沟槽24和所述衬底21之间的两个硼扩散区28。所述两个硼扩散区28在垂直于所述衬底21的方向排列，用于进一步提高所述沟槽式金属氧化物半导体场效应晶体管的击穿电压。
请参阅图4，图4是本发明第三实施例的沟槽式金属氧化物半导体场效应晶体管的剖面结构示意图。本实施例的沟槽式金属氧化物半导体场效应晶体管与第一实施例的沟槽式金属氧化物半导体场效应晶体管的结构基本相同，不同之处在于，所述n-外延层22包括设置于所述沟槽24和所述衬底21之间的三个硼扩散区28。所述三个硼扩散区28在垂直于所述衬底21的方向排列，用于更进一步提高所述沟槽式金属氧化物半导体场效应晶体管的击穿电压。
与现有技术相比，本发明的沟槽式金属氧化物半导体场效应晶体管在所述沟槽24和所述衬底21之间的所述n-外延层22内设置硼扩散区28，从而提高所述沟槽式金属氧化物半导体场效应晶体管的击穿电压。请参阅图5，图5是图2到图4实施例的沟槽式金属氧化物半导体场效应晶体管的性能测试曲线图。其中，曲线31表示实施例1的沟槽式金属氧化物半导体场效应晶体管的击穿电压(BV)随硼扩散区28浓度(Ring Concentration)的变化曲线图；曲线32表示实施例2的沟槽式金属氧化物半导体场效应晶体管的击穿电压随硼扩散区28浓度的变化曲线图；曲线33表示实施例3的沟槽式金属氧化物半导体场效应晶体管的击穿电压随硼扩散区28浓度的变化曲线图；由图可见，当硼扩散区28的浓度为2E16/cm3，在所述沟槽24和所述衬底21之间有3个硼扩散区28时，所述沟槽式金属氧化物半导体场效应晶体管的击穿电压最大，且随着硼扩散区浓度的继续增加，所述沟槽式金属氧化物半导体场效应晶体管的击穿电压反而会降低。
曲线34表示实施例1的沟槽式金属氧化物半导体场效应晶体管的源漏导通电阻随硼扩散区浓度的变化曲线图；曲线35表示实施例2的沟槽式金属氧化物半导体场效应晶体管的源漏导通电阻随硼扩散区浓度的变化曲线图；曲线36表示实施例3的沟槽式金属氧化物半导体场效应晶体管的源漏导通电阻随硼扩散区浓度的变化曲线图。由图可见，在所述n-外延层22内设置一个、两个或者三个硼扩散区28的变化曲线34、35、36基本重合，即在所述沟槽24和所述衬底21之间设置一个、两个或者三个硼扩散区28的源漏导通电阻基本不变。
本发明的第一、第二、第三实施例中，所述沟槽式金属氧化物半导体场效应晶体管在所述n-外延层内分别设置有一个、两个、三个硼扩散区28，但并不限于上述实施例所述，所述沟槽式金属氧化物半导体场效应晶体管在所述n-外延层内还可设置多个硼扩散区。
在不偏离本发明的精神和范围的情况下还可以构成许多有很大差别的实施例。应当理解，除了如所附的权利要求所限定的，本发明并不限于在说明书中所述的具体实施例。

Claims (8)

1.一种沟槽式金属氧化物半导体场效应晶体管，包括衬底，形成于所述衬底表面的n-外延层，延伸至所述n-外延层的沟槽以及设置于所述沟槽内的栅电极，其特征在于，所述n-外延层包括设置于所述沟槽和所述衬底之间的硼扩散区。
2.如权利要求1所述的沟槽式金属氧化物半导体场效应晶体管，其特征在于，所述沟槽式金属氧化物半导体场效应晶体管还包括形成于所述n-外延层的p型体区，所述沟槽延伸通过所述p型体区直到所述n-外延层。
3.如权利要求2所述的沟槽式金属氧化物半导体场效应晶体管，其特征在于，在所述沟槽内，所述栅电极和所述p型体区之间设置栅氧化层。
4.如权利要求2所述的沟槽式金属氧化物半导体场效应晶体管，其特征在于，所述沟槽式金属氧化物半导体场效应晶体管还包括N+源区。
5.如权利要求1到4中任意一项所述的沟槽式金属氧化物半导体场效应晶体管，其特征在于，所述n-外延层包括多个硼扩散区，所述多个硼扩散区在垂直于所述衬底的方向排列。
6.如权利要求1到4中任意一项所述的沟槽式金属氧化物半导体场效应晶体管，其特征在于，所述n-外延层包括3个硼扩散区。
7.如权利要求1到4中任意一项所述的沟槽式金属氧化物半导体场效应晶体管，其特征在于，所述硼扩散区的剖面呈圆形。
8.如权利要求1到4中任意一项所述的沟槽式金属氧化物半导体场效应晶体管，其特征在于，所述硼扩散区通过向所述n-外延层注入硼的方式形成。
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