垂直FET结构制造技术

一种垂直FET，包括碳化硅基底，其具有顶表面和与顶表面相对的底表面；漏极/集电极触点，处于碳化硅基底的底表面上；和外延结构，处于碳化硅基底的顶表面上，具有形成在其中的第一源极/发射极注入。栅极介电层设置于外延结构的一部分上。第一源极/发射极触点段在第一源极/发射极注入上彼此间隔。第一和第二细长栅极触点处于栅极介电层上并定位为使得第一源极/发射极注入在第一细长栅极触点和第二细长栅极触点下方和之间。栅极间板从第一细长栅极触点和第二细长栅极触点中的至少一个延伸进入形成于第一源极/发射极触点段之间的空隙中。

Vertical FET structure

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】垂直FET结构
本专利技术涉及垂直场效应晶体管(FET)结构。
技术介绍
基于碳化硅(SIC)的金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)在高功率应用方面比基于硅(Si)的对应物具有显著的优点。然而，基于Si的MOSFET相比于基于SiC的MOSFET具有的一个优点是更高的内部栅极-源极电容CGS。具有更高的CGS倾向于防止基于Si的MOSFET由于漏极偏压的瞬变而错误地导通。因此，存在对于空间上高效并有效的增加基于SiC的MOSFET的有效CGS的技术的需要。
技术实现思路
公开了一种垂直场效应晶体管(FET)结构。该垂直FET包括碳化硅基底，其具有顶表面和与顶表面相对的底表面；碳化硅基底的底表面上的漏极/集电极触点；和碳化硅基底的顶表面上的外延结构，其中形成有第一源极/发射极注入。栅极介电层设置于外延结构的一部分上。第一多个源极/发射极触点段彼此间隔并处于第一源极/发射极注入上，使得栅极介电层不在第一多个源极/发射极触点段下方。第一细长(伸长的，elongated)栅极触点和第二细长栅极触点在栅极介电层上并定位为使得第一源极/发射极注入在第一细长栅极触点和第二细长栅极触点下方和之间。第一多个栅极间板(inter-gateplate)从第一细长栅极触点和第二细长栅极触点中的至少一个延伸进入形成于第一多个源极/发射极触点段之间的空隙中。另外的内部电容提供在其中第一多个栅极间板中的每个与第一源极/发射极注入的一部分重叠之处，并且栅极间板由栅极介电层分隔开。外延结构可以由碳化硅或其他合适的材料系统形成。第一多个栅极间板中的每个可以在第一细长栅极触点和第二细长栅极触点之间完全延伸通过形成于相邻的一对第一多个源极/发射极触点段之间的空间。此外，第一细长栅极触点、第二细长栅极触点和第一多个栅极间板可以在相同或不同的平面内由相同的材料形成。在一个实施方式中，垂直FET可以至少包括第一晶体管单元和第二晶体管单元，使得第一细长栅极触点形成第一晶体管单元的部分，且第二细长栅极触点形成第二晶体管单元的部分。第一源极/发射极注入可以由第一晶体管单元和第二晶体管单元共享。第一晶体管单元和第二晶体管单元可以是金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)单元，绝缘栅双极晶体管(IGBT)单元等。外延结构可以进一步包括其中提供有第一源极/发射极注入的第一源极/发射极阱。对于MOSFET构造，基底和源极/发射极注入掺杂有具有第一极性的材料，且第一源极阱掺杂有具有与第一极性相反的第二极性的掺杂材料。对于IGBT构造，基底和源极/发射极阱掺杂有具有第一极性的材料，且第一源极/发射极注入掺杂有具有与第一极性相反的第二极性的掺杂材料。垂直FET具有栅极-源极/发射极电容和栅极-漏极/集电极电容，其中由于栅极间板，栅极-源极/发射极电容与栅极-漏极电容的比率大于170、200、250、300、350或更大。鉴于源极和发射极元件以及MOSFET和IGBT器件的漏极和集电极元件之间的相似性，形容词源极/发射极和漏极/集电极通常用于描述MOSFET、IGBT等器件的相应元件。例如，细长漏极/集电极触点在本文中定义为涵盖细长漏极触点和细长集电极触点两者。在本文中源极/发射极区定义为涵盖源极区和发射区两者。本文中源极/发射极阱定义为涵盖源极阱和发射极阱两者。本文中源极/发射极注入定义为涵盖源极注入和发射极注入两者，等等。栅极-源极/发射极电容是栅极与器件的源极或发射极之间的电容，视情况而定。栅极-漏极/集电极电容是栅极与器件的漏极或集电极之间的电容，视情况而定。在结合附图阅读以下优选实施方式的详细描述之后，本领域技术人员将会理解本公开的范围并实现其另外的方面。附图说明引入本说明书中并构成本说明书的一部分的附图说明了本公开的若干方面，并与描述一起用于诠释本公开的原理。图1是根据本公开的一个实施方式的MOSFET单元在第一位置处的横截面。图2是常规MOSFET单元的俯视图。图3是根据本公开的一个实施方式的图1的MOSFET单元的俯视图。图4是根据本公开的一个实施方式的图1的MOSFET单元在第二位置处的横截面。图5和图6是描绘常规MOSFET单元和图1的MOSFET单元的电容相对于漏极-源极电压的图表。图7是根据本公开的一个实施方式的IGBT单元在第一位置处的横截面。图8是根据本公开的一个实施方式的图7的IGBT单元在第二位置处的横截面。具体实施方式下面阐述的实施方式代表使得本领域技术人员能够实践实施方式的必要信息，并且说明了实践实施方式的最佳模式。在根据附图阅读以下描述时，本领域技术人员将会理解本公开的概念并且将认识到本文并未具体提出的这些概念的应用。应该理解的是，这些概念和应用都落入本公开和所附权利要求的范围内。应当理解的是，尽管本文中可以使用术语第一、第二等描述各种元件，但这些元件不应该受这些术语的限制。这些术语仅用于将一个元件与另一个元件区分开。例如，第一元件可以称为第二元件，并类似地，第二元件可以称为第一元件，而不脱离本公开的范围。如本文中使用的，术语“和/或”包括一个或多个相关得所列条目的任何和所有组合。应当理解的是，当如层、区域或基板的元件被称为在另一元件“上”或延伸“至另一元件上”时，其可以直接处于另一元件上或直接延伸到另一元件上或也可以存在中间元件。相反，当元件被称为“直接在另一元件上”或“直接延伸到另一元件上”时，不存在中间元件。同样地，应当理解的是，当如层、区或基板的元件被称为处于另一元件“上方”或“在另一元件上方”延伸时，它可以直接处于另一元件上方直接在另一元件上方延伸，或也可以存在中间元件。相反，当一个元件被称为“直接处于另一个元件上方”或“直接在另一个元件上方”延伸时，则不存在中间元件。还应该理解的是，当一个元件被称为“连接”或“偶联”至另一个元件时，其可以直接连接或偶联至另一个元件，或可以存在中间元件。相对而言，当一个元件被称为“直接连接”或“直接偶联”于另一个元件时，则不存在中间元件。本文中可以使用如“下方”或“上方”或“上部”或“下部”或“水平”或“垂直”的相对术语描述一个元件、层或区域与另一元件的关系，如图中所示。应当理解的是，除了图中所示的方向之外，这些术语和上面讨论的那些术语旨在涵盖器件的不同方向。本文中使用的术语仅用于描述具体实施方式的目的，而并非旨在限制本公开。正如本文中所用，单数形式“一个”、“一种”和“该”也旨在包括复数形式，除非上下文另有明确说明。进一步应该理解的是，术语“包含(comprises)”、“包含(comprising)”、“包括(includes)”和/或“包括(including)”在本文中使用时指定特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或其组的存在或添加。除非另外定义，否则本文使用的所有术语(包括技术和科学术语)具有与本公开所属领域的普通技术人员通常理解的含义相同的含义。应该进一步理解的是，本文使用的术语应该解释为具有与其在本说明书和相关领域的上下文中的含义一致的含义，并且除非在本文中明确如此定义，否则将不以理想化或过于正式的含义进行解释。本文公开了一种垂直FET结构。垂直FET结构包括碳化硅基底，其具有顶表面和本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种垂直场效应晶体管(FET)结构，包括：·碳化硅基底，具有顶表面和与所述顶表面相对的底表面；·漏极/集电极触点，处于所述碳化硅基底的所述底表面上；·外延结构，处于所述碳化硅基底的所述顶表面上并具有在其中形成的第一源极/发射极注入；·栅极介电层，处于所述外延结构的一部分上；·第一多个源极/发射极触点段，彼此间隔并且在所述第一源极/发射极注入上，使得所述栅极介电层不在所述第一多个源极/发射极触点段下方；·第一细长栅极触点和第二细长栅极触点，处于所述栅极介电层上并定位为使得所述第一源极/发射极注入在所述第一细长栅极触点和所述第二细长栅极触点下方和之间；以及·第一多个栅极间板，从所述第一细长栅极触点和所述第二细长栅极触点中的至少一个延伸进入形成于所述第一多个源极/发射极触点段之间的空隙中。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2017.01.17 US 15/407,6891.一种垂直场效应晶体管(FET)结构，包括：·碳化硅基底，具有顶表面和与所述顶表面相对的底表面；·漏极/集电极触点，处于所述碳化硅基底的所述底表面上；·外延结构，处于所述碳化硅基底的所述顶表面上并具有在其中形成的第一源极/发射极注入；·栅极介电层，处于所述外延结构的一部分上；·第一多个源极/发射极触点段，彼此间隔并且在所述第一源极/发射极注入上，使得所述栅极介电层不在所述第一多个源极/发射极触点段下方；·第一细长栅极触点和第二细长栅极触点，处于所述栅极介电层上并定位为使得所述第一源极/发射极注入在所述第一细长栅极触点和所述第二细长栅极触点下方和之间；以及·第一多个栅极间板，从所述第一细长栅极触点和所述第二细长栅极触点中的至少一个延伸进入形成于所述第一多个源极/发射极触点段之间的空隙中。2.根据权利要求1所述的垂直FET结构，至少还包括第一晶体管单元和第二晶体管单元，使得所述第一细长栅极触点形成所述第一晶体管单元的部分，且所述第二细长栅极触点形成所述第二晶体管单元的部分，其中在所述第一多个栅极间板的每个与所述第一源极/发射极注入的一部分重叠之处提供额外的内部电容，并且所述第一多个栅极间板由所述栅极介电层分隔开。3.根据权利要求2所述的垂直FET结构，其中，所述第一源极/发射极注入由所述第一晶体管单元和所述第二晶体管单元共享。4.根据权利要求3所述的垂直FET结构，其中，所述第一晶体管单元和所述第二晶体管单元是金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)单元。5.根据权利要求3所述的垂直FET结构，其中，所述第一晶体管单元和所述第二晶体管单元是绝缘栅双极晶体管(IGBT)单元。6.根据权利要求1所述的垂直FET结构，其中，所述外延结构进一步包括第一源极/发射极阱，在所述第一源极/发射极阱中提供所述第一源极/发射极注入。7.根据权利要求6所述的垂直FET结构，其中，所述碳化硅基底和所述第一源极/发射极注入掺杂有具有第一极性的材料，并且所述第一源极/发射极阱掺杂有具有与所述第一极性相反的第二极性的掺杂材料。8.根据权利要求6所述的垂直FET结构，其中，所述碳化硅基底和所述第一源极/发射极阱掺杂有具有第一极性的材料，并且所述第一源极/发射极注入掺杂有具有与所述第一极性相反的第二极性的掺杂材料。9.根据权利要求1所述的垂直FET结构，其中，所述第一多个栅极间板的每个在所述第一细长栅极触点和所述第二细长栅极触点之间完全延伸通过形成于所述第一多个源极/发射极触点段中的相邻的对之间的空隙。10.根据权利要求1所述的垂直FET结构，其中，所述第一细长栅极触点、所述第二细长栅极触点和所述第一多个栅极间板由相同的材料形成。11.根据权利要求1所述的垂直FET结构，其中，所述第一细长栅极触点、所述第二细长栅极触点和所述第一多个栅极间板由相同的材料形成并且在共同的平面上。12.根据权利要求1所述的垂直FET结构，其中，所述外延结构由碳化硅形成。13.根据权利要求1所述的垂直FET结构，其中，所述第一细长栅极触点的一部分与所述第一源极/发射极注入的第一部分重叠，并且所述第二细长栅极触点的一部分与所述第一源极/发射极注入的第二部分重叠。14.根据权利要求1所述的垂直FET结构，进一步包括栅极-源极/发射极电容和栅极-漏极/集电极电容，其中所述栅极-源极/发射极电容与所述栅极-漏极/集电极电容的比率大于170。15.根据权利要求1所述的垂直FET结构，进一步包括栅极-源极/发射极电容和栅极-漏极/集电极电容，其中所述栅极-源极/发射极电容...

【专利技术属性】
技术研发人员：世亨·柳，马塞洛·舒普巴克，亚当·巴克利，斯科特·艾伦，
申请(专利权)人：克利公司，
类型：发明
国别省市：美国,US