一种三维六角元胞结构、制备方法及其器件技术

本发明专利技术公开了一种三维六角元胞结构，包括：第一导电类型外延区，位于第一导电类型外延区内的第二导电类型阱区，位于第二导电类型阱区内的第一导电类型源区，以及位于第一导电类型源区内的第二导电类型体区；其中，第二导电类型体区为凸起状；且沿六角元胞结构的六个边的垂直方向，第一导电类型外延区、第二导电类型阱区和第一导电类型源区上均设有宽度和高度相同的若干凸起，以分别在每个方向形成若干凸起台面，同时在六角元胞结构上形成相交于第二导电类型体区的六角台面结构。该结构使得器件同时拥有了平行于元胞表面和垂直于元胞表面的两种沟道，从而提升了沟道密度，降低了沟道的导通电阻，提升了器件的通流能力。提升了器件的通流能力。提升了器件的通流能力。

【技术实现步骤摘要】
一种三维六角元胞结构、制备方法及其器件


[0001]本专利技术属于微电子
，具体涉及一种三维六角元胞结构、制备方法及其器件。

技术介绍

[0002]在电力电子行业的发展过程中，半导体技术起到了决定性作用。其中，功率半导体器件一直被认为是电力电子设备的关键组成部分。其中，MOSFET(Metal
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Oxide
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Semiconductor Field
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Effect Transistor，金属
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氧化物半导体场效应晶体管，简称金氧半场效晶体管)和IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管)是应用比较广泛的两种典型的半导体器件。
[0003]MOSFET作为一种功率半导体器件，其可以降低转换器的转换损耗，提高功率密度，降低散热要求，降低系统尺寸和复杂度，对系统性能提升作用明显。此外，高温，高压，低损耗等特性使得MOSFET适用于电源，轨道交通，电机控制，电动汽车，航空航天等多种系统。IGBT是由BJT(双极型三极管)和MOS(绝缘栅型场效应管)组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件，兼有MOSFET的高输入阻抗和GTR的低导通压降两方面的优点。非常适合应用于直流电压为600V及以上的变流系统如交流电机、变频器、开关电源、照明电路、牵引传动等领域。
[0004]然而，目前常见的MOSFET或者IGBT元胞结构大都为平面型元胞结构。由于工艺的限制，这种平面元胞结构无法进一步提升沟道密度，降低器件沟道电阻，从而影响了器件的通流能力，限制了器件的应用。

技术实现思路

[0005]为了解决现有技术中存在的上述问题，本专利技术提供了一种三维六角元胞结构、制备方法及其器件。本专利技术要解决的技术问题通过以下技术方案实现：
[0006]第一方面，本专利技术提供了一种三维六角元胞结构，包括：第一导电类型外延区，位于所述第一导电类型外延区内的第二导电类型阱区，位于所述第二导电类型阱区内的第一导电类型源区，以及位于第一导电类型源区内的第二导电类型体区；其中，
[0007]所述第二导电类型体区为凸起状；
[0008]且沿六角元胞结构的六个边的垂直方向，所述第一导电类型外延区、所述第二导电类型阱区和所述第一导电类型源区上均设有宽度和高度相同的若干凸起，以分别在每个方向形成若干凸起台面，同时在六角元胞结构上形成相交于所述第二导电类型体区的六角台面结构。
[0009]在本专利技术的一个实施例中，每个所述凸起台面的宽度不超过所述第二导电类型阱区的内边长。
[0010]在本专利技术的一个实施例中，所述凸起台面的宽度为1
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5μm，高度为0.1
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1μm。
[0011]在本专利技术的一个实施例中，所述第一导电类型为N型，第二导电类型为P型。
[0012]第二方面，本专利技术还提供了另一种三维六角元胞结构，包括：第一导电类型外延区，位于所述第一导电类型外延区内的第二导电类型阱区，位于所述第二导电类型阱区内的第一导电类型源区，以及位于第一导电类型源区内的第二导电类型体区；其中，
[0013]沿六角元胞结构的六个边的垂直方向，所述第二导电类型体区周围的所述第一导电类型外延区、所述第二导电类型阱区和所述第一导电类型源区上对称设有宽度和深度相同的若干沟槽，以分别在每个方向形成若干凹槽，同时在六角元胞结构上形成相交于所述第二导电类型体区的六角凹槽结构。
[0014]在本专利技术的一个实施例中，每个所述凹槽的宽度不超过所述第二导电类型阱区的内边长。
[0015]在本专利技术的一个实施例中，所述的凹槽的宽度为1
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5μm，深度为0.1
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1μm。
[0016]第三方面，本专利技术提供了一种三维六角元胞结构的制备方法，包括：
[0017]制备第一导电类型外延区；
[0018]采用离子注入工艺在所述第一导电类型外延区上面依次形成第二导电类型阱区、第一导电类型源区以及第二导电类型体区；
[0019]对得到的样品进行刻蚀，以在样品表面形成六角台面结构或者六角凹槽结构。
[0020]第四方面，本专利技术提供了一种MOSFET器件，包括上述实施例所述的任意一种三维六角元胞结构。
[0021]第五方面，本专利技术提供了一种IGBT器件，包括上述实施例所述的任意一种三维六角元胞结构。
[0022]本专利技术的有益效果：
[0023]本专利技术通过在元胞结构表面增加台面结构或者凹槽结构，形成了三维六角元胞结构，使得器件除了拥有平行于元胞表面的平行沟道外，还拥有垂直于元胞表面的垂直沟道，从而提升了沟道密度，降低了沟道的导通电阻，进而提升了器件的通流能力。
[0024]以下将结合附图及实施例对本专利技术做进一步详细说明。
附图说明
[0025]图1是本专利技术实施例一提供的具有一组凸起台面的三维六角元胞结构示意图；
[0026]图2是本专利技术实施例一提供的具有一组凸起台面的三维六角元胞结构的俯视图；
[0027]图3是本专利技术实施例一提供的具有一组凸起台面的三维六角元胞结构的剖面图；
[0028]图4是本专利技术实施例提供的具有两组凸起台面的三维六角元胞结构示意图；
[0029]图5是本专利技术实施例二提供的具有一组凹槽的三维六角元胞结构示意图；
[0030]图6是本专利技术实施例二提供的具有一组凹槽的三维六角元胞结构的俯视图；
[0031]图7是本专利技术实施例二提供的具有一组凹槽的三维六角元胞结构的剖面图；
[0032]图8是本专利技术实施例提供的具有两组凹槽的三维六角元胞结构示意图；
[0033]图9是本专利技术实施例三提供的三维六角元胞结构的制备方法流程示意图。
具体实施方式
[0034]下面结合具体实施例对本专利技术做进一步详细的描述，但本专利技术的实施方式不限于此。
[0035]实施例一
[0036]本实施例提供了一种具有凸起台面结构的三维六角元胞结构，其包括：第一导电类型外延区1，位于所述第一导电类型外延区1内的第二导电类型阱区2，位于所述第二导电类型阱区2内的第一导电类型源区3，以及位于第一导电类型源区3内的第二导电类型体区4；其中，
[0037]所述第二导电类型体区4为凸起状；
[0038]且沿六角元胞结构的六个边的垂直方向，所述第一导电类型外延区1、所述第二导电类型阱区2和所述第一导电类型源区3上均设有宽度和高度相同的若干凸起，以分别在每个方向形成若干凸起台面5a，同时在六角元胞结构上形成相交于所述第二导电类型体区4的六角台面结构6a。
[0039]在本实施例中，每个所述凸起台面5a的宽度不超过所述第二导电类型阱区2的内边长，以保证第二导电类型阱区2同时具有水平和垂直方向的凸起台面，从而在第二导电类型阱区2内形成垂直和水平沟道。
[0040]可选的，凸起台面5a的宽度为1
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种三维六角元胞结构，其特征在于，包括：第一导电类型外延区(1)，位于所述第一导电类型外延区(1)内的第二导电类型阱区(2)，位于所述第二导电类型阱区(2)内的第一导电类型源区(3)，以及位于第一导电类型源区(3)内的第二导电类型体区(4)；其中，所述第二导电类型体区(4)为凸起状；且沿六角元胞结构的六个边的垂直方向，所述第一导电类型外延区(1)、所述第二导电类型阱区(2)和所述第一导电类型源区(3)上均设有宽度和高度相同的若干凸起，以分别在每个方向形成若干凸起台面(5a)，同时在六角元胞结构上形成相交于所述第二导电类型体区(4)的六角台面结构(6a)。2.根据权利要求1所述的三维六角元胞结构，其特征在于，每个所述凸起台面(5a)的宽度不超过所述第二导电类型阱区(2)的内边长。3.根据权利要求1所述的三维六角元胞结构，其特征在于，所述凸起台面(5a)的宽度为1
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5μm，高度为0.1
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1μm。4.根据权利要求1所述的三维六角元胞结构，其特征在于，所述第一导电类型为N型，第二导电类型为P型。5.一种三维六角元胞结构，其特征在于，包括：第一导电类型外延区(1)，位于所述第一导电类型外延区(1)内的第二导电类型阱区(2)，位于所述第二导电类型阱区(2)内的第一导电类型源区(3)，以及位于第一导电类型源区(3)内的第二导电类型体区(4)；其中，沿六角元胞结...

【专利技术属性】
技术研发人员：袁昊，陈利利，汤晓燕，宋庆文，周瑜，刘延聪，陈泽宇，王溶，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：