沟槽型MOS场效应晶体管及方法、电子设备技术

本发明专利技术公开了沟槽型MOS场效应晶体管及方法、电子设备。该场效应晶体管包括：第一电极金属层、半导体衬底层以及外延层，多个沟槽位于所述外延层远离所述半导体衬底层一侧的表面上，沟槽中设置有栅绝缘层以及栅极；阱区，所述阱区位于相邻的两个所述沟槽之间，所述阱区中具有源/漏极区；绝缘介质层；势垒金属层，所述势垒金属层设置在所述绝缘介质层远离所述半导体衬底的一侧，并在所述沟槽的两侧分别形成欧姆接触和肖特基接触；和第二电极金属层。由此该沟槽型MOSFET在反向承受偏压时，也可具有较好的耐压能力，器件具有较小的反向漏电流。

【技术实现步骤摘要】
沟槽型MOS场效应晶体管及方法、电子设备
本专利技术涉及电子领域，具体地，涉及沟槽型MOS场效应晶体管及方法、电子设备。
技术介绍
沟槽型金属氧化物薄膜晶体管(MOSFET)，由于具有比平面栅结构更小的导通电阻，因此受到了广泛的关注。基于碳化硅的MOSFET击穿临界电场差不多是基于硅材料的MOSFET的10倍，且碳化硅MOSFET与高压硅IGBT器件相比，具有更高的带宽，更低的损耗以及更高的工作温度。在很多应用中，碳化硅MOSFET需要反并联搭配一个续流二极管使用。然而，目前的沟槽型MOS场效应晶体管及方法、电子设备仍有待改进。
技术实现思路
本专利技术是基于专利技术人对于以下事实和问题的发现和认识作出的：目前搭配续流二极管的金属氧化物薄膜晶体管，如采用硅二极管或者是碳化硅二极管，则普遍存在需要增加封装模块的体积的问题，从而增加封装端以及应用系统端的成本；同时，封装打线反并联的连接方式，也会增加寄生电感和寄生电阻，进而影响模块的性能。此外，并联硅二极管的使用，还将降低模块的工作温度范围，不利于基于SiC的MOSFET发挥优势。虽然这一问题可以通过将肖特基二极管与碳化硅MOSFET反并联集成到一个器件中得到一定程度的缓解，但该类型的碳化硅MOSFET，又普遍存在漏电流偏大的问题。本专利技术旨在至少一定程度上缓解或解决上述提及问题中至少一个。为此，在本专利技术的一个方面，本专利技术提出了一种沟槽型MOS场效应晶体管。该沟槽型MOS场效应晶体管包括：依次层叠设置的第一电极金属层、半导体衬底层以及外延层；多个沟槽，多个所述沟槽位于所述外延层远离所述半导体衬底层一侧的表面上，所述沟槽中设置有栅绝缘层以及栅极；阱区，所述阱区位于相邻的两个所述沟槽之间，所述阱区中具有靠近所述沟槽的侧壁设置的源/漏极区；绝缘介质层，所述绝缘介质层位于所述沟槽远离所述外延层的一侧，并覆盖所述栅极以及所述源/漏极区的一部分；势垒金属层，所述势垒金属层设置在所述绝缘介质层远离所述半导体衬底的一侧，并在一个所述沟槽的两侧分别形成欧姆接触和肖特基接触；第二电极金属层，所述第二电极金属层位于所述势垒金属层远离所述外延层的一侧。由此，可以在该沟槽型MOSFET中集成一个反并联的MOSFET和肖特基二极管(由势垒金属层和与其接触的外延层构成肖特基接触)。在反向承受偏压时，两个沟槽能够将肖特基二极管区域全部耗尽，保障了器件的耐压能力，也使得器件具有较小的反向漏电流。同时，该器件中的肖特基二极管正向导通时，延续了平面肖特基二极管的较低正向导通压降的特性，因而在应用端的续流阶段可以具有较低的损耗。在本专利技术的另一方面，本专利技术提出了一种制备沟槽型MOS场效应晶体管的方法。该方法包括：提供半导体衬底；在所述半导体衬底上形成外延层；对所述外延层远离所述半导体衬底的一侧的部分区域进行掺杂，以形成多个间隔设置的阱区，并在所述阱区中形成源/漏极区；在所述阱区和所述外延层的交界处，刻蚀形成延伸至所述外延层的多个沟槽；在所述沟槽中依次形成栅绝缘层以及栅极；形成绝缘介质层，所述绝缘介质层设置在所述沟槽远离所述外延层的一侧，并覆盖所述栅极以及所述源/漏极区的一部分；形成势垒金属层，所述势垒金属层设置在所述绝缘介质层远离所述半导体衬底的一侧，并在一个所述沟槽的两侧分别形成欧姆接触和肖特基接触；形成第二电极金属层，所述第二电极金属层设置在所述势垒金属层远离所述沟槽的一侧；以及在所述半导体衬底远离所述外延层的一侧形成第一电极金属层。该方法可以较为简便的形成集成有反并联的MOSFET和肖特基二极管(由势垒金属层和与其接触的外延层构成肖特基接触)的器件，在反向承受偏压时，两个沟槽能够将肖特基二极管区域全部耗尽，保障了器件的耐压能力，也使得器件具有较小的反向漏电流。同时，该器件中的肖特基二极管正向导通时，延续了平面肖特基二极管的较低正向导通压降的特性，因而在应用端的续流阶段可以具有较低的损耗。在本专利技术的又一方面，本专利技术提出了一种电子设备。该电子设备包括沟槽型MOS场效应晶体管，所述沟槽型MOS场效应晶体管为前面所述的，或是利用前面所述的方法制备的。由此，该电子设备至少具有耐压能力强、沟槽型MOSFET器件具有较小的反向漏电流、在应用端的续流阶段可以具有较低的损耗等优点。附图说明本专利技术的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：图1显示了根据本专利技术一个实施例的沟槽型MOS场效应晶体管的结构示意图；图2显示了改进前方案的一种沟槽型MOS场效应晶体管的结构示意图；图3显示了改进前方案的另一种沟槽型MOS场效应晶体管的结构示意图；图4显示了根据本专利技术一个实施例的制备沟槽型MOS场效应晶体管的部分方法流程示意图；图5显示了根据本专利技术一个实施例的制备沟槽型MOS场效应晶体管的部分方法流程示意图；图6显示了根据本专利技术一个实施例的制备沟槽型MOS场效应晶体管的部分方法流程示意图；图7显示了根据本专利技术一个实施例的制备沟槽型MOS场效应晶体管的部分方法流程示意图；以及图8显示了根据本专利技术一个实施例的制备沟槽型MOS场效应晶体管的方法流程示意图。附图标记说明：100：半导体衬底；200：外延层；300：阱区；400：源极区；510：栅绝缘层；520：栅极；10：沟槽；11：保护区；610：绝缘介质层；620：第二电极金属层；700：势垒金属层；800：第一电极金属层。具体实施方式下面详细描述本专利技术的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本专利技术，而不能理解为对本专利技术的限制。在本专利技术的一个方面，本专利技术提出了一种沟槽型MOS场效应晶体管。根据本专利技术的实施例，参考图1，该场效应晶体管包括：半导体衬底层100以及外延层200，半导体衬底层100远离外延层200的一侧，具有第一电极金属层800。外延层200远离半导体衬底100的一侧，具有多个沟槽，沟槽中设置有栅极520和栅绝缘层510。阱区300位于相邻的两个沟槽之间，且阱区300中具有靠近沟槽的侧壁设置的源/漏极区，如图中所示出的源极区400。也即是说，在外延层200顶部，一个沟槽的两侧的区域，分别为阱区300和未经掺杂的外延层200。此外，该沟槽型MOSFET还具有绝缘介质层610，以及势垒金属层700。势垒金属层700设置在绝缘介质层远离所述半导体衬底的一侧，并在沟槽的两侧分别形成欧姆接触(势垒金属层700和有源区接触的区域)和肖特基接触(势垒金属层700和外延层200接触的区域)。也即是说，在由外延层200和势垒金属层700形成的肖特基接触的两侧，具有两个沟槽。第二电极金属层620，位于势垒金属层700远离所述外延层的一侧。由此，可以在该沟槽型MOSFET中集成一个反并联的MOSFET和肖特基二极管(由势垒金属层和与其接触的外延层构成肖特基接触)。在反向承受偏压时，两本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种沟槽型MOS场效应晶体管，其特征在于，包括：/n依次层叠设置的第一电极金属层、半导体衬底层以及外延层；/n多个沟槽，多个所述沟槽位于所述外延层远离所述半导体衬底层一侧的表面上，所述沟槽中设置有栅绝缘层以及栅极；/n阱区，所述阱区位于相邻的两个所述沟槽之间，所述阱区中具有靠近所述沟槽的侧壁设置的源/漏极区；/n绝缘介质层，所述绝缘介质层位于所述沟槽远离所述外延层的一侧，并覆盖所述栅极以及所述源/漏极区的一部分；/n势垒金属层，所述势垒金属层设置在所述绝缘介质层远离所述半导体衬底的一侧，并在所述沟槽的两侧分别形成欧姆接触和肖特基接触；/n第二电极金属层，所述第二电极金属层位于所述势垒金属层远离所述外延层的一侧。/n

【技术特征摘要】
1.一种沟槽型MOS场效应晶体管，其特征在于，包括：
依次层叠设置的第一电极金属层、半导体衬底层以及外延层；
多个沟槽，多个所述沟槽位于所述外延层远离所述半导体衬底层一侧的表面上，所述沟槽中设置有栅绝缘层以及栅极；
阱区，所述阱区位于相邻的两个所述沟槽之间，所述阱区中具有靠近所述沟槽的侧壁设置的源/漏极区；
绝缘介质层，所述绝缘介质层位于所述沟槽远离所述外延层的一侧，并覆盖所述栅极以及所述源/漏极区的一部分；
势垒金属层，所述势垒金属层设置在所述绝缘介质层远离所述半导体衬底的一侧，并在所述沟槽的两侧分别形成欧姆接触和肖特基接触；
第二电极金属层，所述第二电极金属层位于所述势垒金属层远离所述外延层的一侧。


2.根据权利要求1所述的沟槽型MOS场效应晶体管，其特征在于，所述半导体衬底层是由SiC形成的，所述外延层的厚度大于6微米。


3.根据权利要求1所述的沟槽型MOS场效应晶体管，其特征在于，所述外延层和所述阱区具有相反的掺杂类型，
任选地，所述外延层的掺杂浓度为1014～1017cm-3；
任选地，所述阱区的掺杂浓度为1016～1019cm-3。


4.根据权利要求1所述的沟槽型MOS场效应晶体管，其特征在于，进一步包括：设置于所述沟槽底部的保护区。


5.根据权利要求4所述的沟槽型MOS场效应晶体管，其特征在于，所述保护区是通过对靠近所述沟槽底部的所述外延层进行离子注入而形成的，所述保护区的掺杂类型与外延层的掺杂类型相反。


6.根据权利要求5所述的沟槽型MOS场效应晶体管，其特征在于，所述保护区的掺杂浓度为1016～1021cm-3。


7.一种制备沟槽型MOS场效应晶体管的方法，其特征在于，包括：
提供半导体衬底；
在所述半导体衬底上形成外延层；
对所述外延层远离所述半导体衬底的一侧的部分区域进行掺杂，...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱辉，肖秀光，
申请(专利权)人：深圳比亚迪微电子有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44