低导通电阻的屏蔽栅沟槽型场效应晶体管及其制备方法技术

本申请是关于一种低导通电阻的屏蔽栅沟槽型场效应晶体管，包括：衬底区、漂移区、基体区、源区、沟槽区、漏极以及源极；沟槽区包括屏蔽栅、控制栅、绝缘层和金属栅极；屏蔽栅为变掺杂浓度结构，屏蔽栅的掺杂浓度由上至下逐级递减。当晶体管正向阻断时，屏蔽栅在靠近衬底区的部分掺杂浓度较低。因而，屏蔽栅靠近衬底区的部分在相同外加电压下更容易耗尽，即靠近衬底区的部分具有更厚的耗尽层宽度。而耗尽层的宽度与寄生电容的电容大小成反比，因此，本申请实施例中的屏蔽栅与衬底区之间形成的寄生电容更小，削弱了屏蔽栅与衬底区之间形成的寄生电容，进而提高了器件的开关速度。进而提高了器件的开关速度。进而提高了器件的开关速度。

【技术实现步骤摘要】
低导通电阻的屏蔽栅沟槽型场效应晶体管及其制备方法


[0001]本申请涉及功率半导体器件
，尤其涉及低导通电阻的屏蔽栅沟槽型场效应晶体管及其制备方法。

技术介绍

[0002]屏蔽栅沟槽型场效应晶体管(Split Gate Trench，SGT)已被广泛地应用于电源管理等重要的低压领域。SGT具有沟道密度高，同时具备较好的电荷补偿效果。此外，其屏蔽栅结构因有效地隔离了控制栅极至漏极之间的耦合，从而显著地降低了传输电容。
[0003]因此，SGT拥有更低的比导通电阻、更小的导通损耗和开关损耗、更高的工作频率。
[0004]而在SGT器件中，由于电场集中效应以及屏蔽栅的多晶硅掺杂浓度较高，当SGT器件正向阻断时，耐压区中的电离施主所发出的电荷电通量集中于沟槽区屏蔽栅的拐角处，导致沟槽区屏蔽栅的拐角处承受的峰值电压更高，在此处也更容易地被击穿。
[0005]因此，在SGT器件中，为了提高沟槽区屏蔽栅的拐角处耐压能力，亟需设计一种新型的屏蔽栅沟槽型场效应晶体管。

技术实现思路

[0006]为克服相关技术中存在的问题，本申请提供一种低导通电阻的屏蔽栅沟槽型场效应晶体管，包括：
[0007]衬底区1、漂移区2、基体区3、源区4、沟槽区5、漏极6以及源极7；
[0008]所述漂移区2与所述衬底区1相接，以所述衬底区1指向所述漂移区2的方向为上方，所述基体区3和所述源区4依次设置在所述漂移区2的上方；
[0009]所述沟槽区5设置在所述基体区3侧方，并分别与所述漂移区2、所述基体区3和所述源区4相接；
[0010]所述沟槽区5包括屏蔽栅51、控制栅52、绝缘层53和金属栅极；所述控制栅52和所述屏蔽栅51由上至下依次设置在所述沟槽区5内，且经所述绝缘层53分隔；所述控制栅52通过所述绝缘层53分别与所述基体区3和所述源区4相接，所述屏蔽栅51通过所述绝缘层53与所述漂移区2相接；
[0011]所述屏蔽栅51为变掺杂浓度结构，所述屏蔽栅51的掺杂浓度由上至下逐级递减；
[0012]所述源区4由N型源区41以及P型源区42组成；所述P型源区42、所述N型源区41以及所述沟槽区5沿所述基体区3的顶面依次排列，且所述N型源区41通过所述绝缘层53连接所述控制栅；
[0013]所述源极7设置于所述源区4上方。
[0014]在一种实施方式中，所述屏蔽栅51包括第一级屏蔽栅510、第二级屏蔽栅511和第三级屏蔽栅512；
[0015]所述第一级屏蔽栅510的掺杂浓度为重掺杂浓度；所述第二级屏蔽栅511的掺杂浓度为中掺杂浓度；所述第三级屏蔽栅512的掺杂浓度为低掺杂浓度。
[0016]在一种实施方式中，所述绝缘层53包括：低介电系数子层531以及氧化物子层532；
[0017]所述控制栅52通过所述氧化物子层532与所述基体区3连接；
[0018]所述屏蔽栅51通过所述低介电系数子层531与所述漂移区2连接。
[0019]在一种实施方式中，所述低介电系数子层531的底面与所述漂移区2的底面在同一平面上。
[0020]在一种实施方式中，所述P型源区42、所述N型源区41的掺杂浓度均为重掺杂浓度。
[0021]在一种实施方式中，所述衬底区1的掺杂类型为N型掺杂，且所述衬底区1的掺杂浓度为重掺杂浓度；
[0022]所述漂移区2的掺杂类型为N型掺杂，且所述漂移区2的掺杂浓度为轻掺杂浓度；
[0023]所述基体区3的掺杂类型为P型掺杂，且所述基体区3的掺杂浓度为中掺杂浓度；
[0024]所述源区4的掺杂浓度为重掺杂浓度；所述控制栅52的掺杂浓度为重掺杂浓度。
[0025]本申请第二方面提供一种低导通电阻的屏蔽栅沟槽型场效应晶体管的制备方法，用于制备如本申请第一方面任一项所述的低导通电阻的屏蔽栅沟槽型场效应晶体管，包括：
[0026]以半导体材料制备衬底区；
[0027]在所述衬底区上外延形成漂移区；
[0028]在所述漂移区上以离子注入或扩散方式形成基体区；
[0029]在所述漂移区的侧面刻蚀沟槽；
[0030]在沟槽内依次沉积氧化物、多晶硅、氧化物、多晶硅和氧化物，形成绝缘层、屏蔽栅以及控制栅；所述屏蔽栅为变掺杂浓度结构；
[0031]在所述基体区上形成源区；
[0032]在所述源区上沉积金属形成源极；
[0033]在衬底区下方制作漏极。
[0034]在一种实施方式中，所述在沟槽内依次沉积氧化物、多晶硅、氧化物、多晶硅和氧化物，形成绝缘层、屏蔽栅以及控制栅，包括：
[0035]在沟槽内依次沉积低介电系数介质、多晶硅和低介电系数介质，形成低介电系数子层和屏蔽栅；
[0036]在所述低介电系数子层上依次沉积氧化物、多晶硅和氧化物形成氧化物子层以及控制栅；
[0037]所述低介电系数子层和所述氧化物子层组成所述绝缘层。
[0038]在一种实施方式中，所述在沟槽内依次沉积低介电系数介质、多晶硅和低介电系数介质，形成低介电系数子层和屏蔽栅，包括：
[0039]在沟槽内依次沉积低介电系数介质、多晶硅以及低介电系数介质，形成低介电系数子层、第一级屏蔽栅、第二级屏蔽栅和第三级屏蔽栅；所述第一级屏蔽栅的掺杂浓度为高掺杂浓度，所述第二级屏蔽栅的掺杂浓度为中掺杂浓度，所述第三级屏蔽栅的掺杂浓度为低掺杂浓度。
[0040]本申请提供的技术方案可以包括以下有益效果：
[0041]由于在传统的SGT中，屏蔽栅均为重掺杂的多晶硅，当晶体管正向阻断时，屏蔽栅中的耗尽层和衬底区之间存在寄生电容。该寄生电容在传统的晶体管中会减缓晶体管的开
关速度。
[0042]因此，在本申请中，所述屏蔽栅为变掺杂浓度结构，所述屏蔽栅的掺杂浓度由上至下逐级递减。当晶体管正向阻断时，屏蔽栅在靠近衬底区的部分掺杂浓度较低。因而，屏蔽栅靠近衬底区的部分在相同外加电压下更容易耗尽，即靠近衬底区的部分具有更厚的耗尽层宽度。而耗尽层的宽度与寄生电容的电容大小成反比，因此，本申请实施例中的屏蔽栅与衬底区之间形成的寄生电容更小，削弱了屏蔽栅与衬底区之间形成的寄生电容，进而提高了器件的开关速度。
[0043]应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本申请。
附图说明
[0044]通过结合附图对本申请示例性实施方式进行更详细的描述，本申请的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本申请示例性实施方式中，相同的参考标号通常代表相同部件。
[0045]图1是本申请实施例示出的低导通电阻的屏蔽栅沟槽型场效应晶体管的结构示意图；
[0046]图2是本申请实施例示出的低导通电阻的屏蔽栅沟槽型场效应晶体管的制备方法的流程示意图；
[0047]图3是本申请实施例示出的低导通电阻的屏蔽栅沟槽型场效应晶体管的制备方法的另一流程示意图。
具体实施本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种低导通电阻的屏蔽栅沟槽型场效应晶体管，其特征在于，包括：衬底区(1)、漂移区(2)、基体区(3)、源区(4)、沟槽区(5)、漏极(6)以及源极(7)；所述漂移区(2)与所述衬底区(1)相接，以所述衬底区(1)指向所述漂移区(2)的方向为上方，所述基体区(3)和所述源区(4)依次设置在所述漂移区(2)的上方；所述沟槽区(5)设置在所述基体区(3)侧方，并分别与所述漂移区(2)、所述基体区(3)和所述源区(4)相接；所述沟槽区(5)包括屏蔽栅(51)、控制栅(52)、绝缘层(53)和金属栅极；所述控制栅(52)和所述屏蔽栅(51)由上至下依次设置在所述沟槽区(5)内，且经所述绝缘层(53)分隔；所述控制栅(52)通过所述绝缘层(53)分别与所述基体区(3)和所述源区(4)相接，所述屏蔽栅(51)通过所述绝缘层(53)与所述漂移区(2)相接；所述屏蔽栅(51)为变掺杂浓度结构，所述屏蔽栅(51)的掺杂浓度由上至下逐级递减；所述源区(4)由N型源区(41)以及P型源区(42)组成；所述P型源区(42)、所述N型源区(41)以及所述沟槽区(5)沿所述基体区(3)的顶面依次排列，且所述N型源区(41)通过所述绝缘层(53)连接所述控制栅；所述源极(7)设置于所述源区(4)上方。2.根据权利要求1所述的低导通电阻的屏蔽栅沟槽型场效应晶体管，其特征在于，所述屏蔽栅(51)包括第一级屏蔽栅(510)、第二级屏蔽栅(511)和第三级屏蔽栅(512)；所述第一级屏蔽栅(510)的掺杂浓度为重掺杂浓度；所述第二级屏蔽栅(511)的掺杂浓度为中掺杂浓度；所述第三级屏蔽栅(512)的掺杂浓度为低掺杂浓度。3.根据权利要求1所述的低导通电阻的屏蔽栅沟槽型场效应晶体管，其特征在于，所述绝缘层(53)包括：低介电系数子层(531)以及氧化物子层(532)；所述控制栅(52)通过所述氧化物子层(532)与所述基体区(3)连接；所述屏蔽栅(51)通过所述低介电系数子层(531)与所述漂移区(2)连接。4.根据权利要求3所述的低导通电阻的屏蔽栅沟槽型场效应晶体管，其特征在于，所述低介电系数子层(531)的底面与所述漂移区(2)的底面在同一平面...

【专利技术属性】
技术研发人员：张子敏，王宇澄，虞国新，吴飞，钟军满，
申请(专利权)人：无锡先瞳半导体科技有限公司，
类型：发明
国别省市：