麻泽众,冯全源,赵宏美

(西南交通大学 微电子研究所,四川 成都 611756)

在中低压功率器件领域,沟槽型MOSFET 因具有通态电阻低、开关速度快等优点,得到了普遍应用[1-2]。在传统沟槽型MOSFET 的基础上,Baliga[3]最早提出了一种基于电荷耦合效应的沟槽型MOSFET(Charge Coupling MOSFET,CC -MOSFET)。由 于CC-MOSFET沟槽内部存在一个与源极相连的多晶硅,也可以称为屏蔽栅沟槽型MOSFET[4](Shielded Gate Trench MOSFET,简称SGT 结构)。源极多晶硅能够通过产生横向电场改善漂移区的纵向电场,提高了器件的击穿电压,另外还可以将部分栅漏电容转化为栅源电容[5]。由于SGT 结构漂移区的纵向电场呈悬链式分布,可以进一步优化漂移区中间区域的电场。为此有相关研究提出多层漂移区结构[6],利用不同的外延层掺杂浓度,在掺杂浓度的交界面引入新的电场峰值,使漂移区电场更加均衡;多阶梯侧氧结构[7]利用不同厚度的氧化层在漂移区内引入新的电场峰值,进而优化电场分布;漂移区内加入P 柱[8]可以通过引入负电荷来增强漂移区横向电场,改善了漂移区的纵向电场,但是形成P 柱需要额外的掩模。

为了优化漂移区的电场分布,本文把高k介质应用于传统SGT 结构的沟槽侧壁绝缘层中,并将提出的新结构称为高k屏蔽栅沟槽型MOSFET (高kSGT 结构)。另外,通过Sentaurus TCAD 软件对传统SGT 结构和高kSGT 结构的性能进行了仿真对比。

1 器件结构和原理

传统SGT 结构的截面示意图如图1(a)所示,该结构包括n+衬底、n 型外延层、U 型沟槽、沟槽顶部的栅极多晶硅、沟槽底部的源极多晶硅、p 型基区、n+源区、源极金属和漏极金属。……