一种基于低RDS的N沟道增强型MOSFET器件及制造方法技术

本发明专利技术公开了一种基于低RDS的N沟道增强型MOSFET器件及制造方法，属于半导体器件设计及制造领域，包括：半导体衬底，以及在半导体衬底上生长出的外延层；金属层，金属层设置于外延层上；沟槽结构，设置于外延层中，沟槽结构包括至少两个器件单胞，器件单胞包括第一沟槽和两个第二沟槽，两个第二沟槽分别设置于第一沟槽的两侧，第一沟槽内壁覆盖有源极介质层，且内部填充有源极多晶硅；第一沟槽和两个第二沟槽的槽口由绝缘介质层覆盖；两个器件单胞之间还设置有N掺杂深阱部。本方案能够解决现有技术MOSFET中降低了栅氧电场，但是随着P+栅氧保护区的引入，使得器件导通电阻变大的技术问题。题。题。

【技术实现步骤摘要】
一种基于低RDS的N沟道增强型MOSFET器件及制造方法


[0001]本专利技术属于半导体器件设计及制造领域，特别是涉及一种基于低RDS的N沟道增强型MOSFET器件及制造方法。

技术介绍

[0002]MOSFET全名为金属
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氧化物半导体场效应晶体管，N沟道增强型MOS管是MOSFET中的一种，其在一块掺杂浓度较低的P型硅衬底上，制作两个高掺杂浓度的N+区，并用金属铝引出两个电极，分别作漏极d和源极s。然后在半导体表面覆盖一层很薄的二氧化硅(SiO2)绝缘层，在漏极、源极间的绝缘层上再装上一个铝电极,作为栅极。通过控制栅极的电压能够实现控制源极端子和漏极端子之间的电压和电流，具有开关速度快、输入阻抗高、热稳定性好等特点，主要应用范围涵盖通信、消费电子、汽车电子、工业控制、电源管理等中低压高频领域。
[0003]功率MOSFET器件中，横向功率MOSFET因存在寄生JFET区域，使得器件导通电阻较大，而在垂直结构的功率槽栅MOSFET器件中，其结构的设计消除了JFET区域，大大降低了器件的导通电阻。因此在考虑功率损耗等方面的要求时，垂直功率槽栅MOSFET器件有更大的优势。
[0004]但是在槽栅MOSFET中，栅氧直接暴露于漂移区中，其栅氧拐角处电场集中。SiC的介电常数是SiO2介电常数的2.5倍，在关断状态，根据高斯定理，SiO2层所承受的耐压应该是漂移区SiC的2.5倍，这使得栅氧拐角处在没有达到SiC临界击穿电场时栅氧已经被提前击穿，器件可靠性下降。
[0005]现有技术中，为解决栅氧提前击穿的情况，一种带P+型栅氧保护区的碳化硅MOSFET已经被提出，该结构利用P+栅氧保护区对栅氧进行保护，使得高电场由P+栅氧保护区与N型漂移区形成的P
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N结承担，降低了栅氧电场。但是随着P+栅氧保护区的引入，其在漂移区中形成的耗尽区严重影响电子的向下传输，使得器件导通电阻变大。

技术实现思路

[0006]为了解决现有技术MOSFET中降低了栅氧电场，但是随着P+栅氧保护区的引入，使得器件导通电阻变大的技术问题，本专利技术提供一种基于低RDS的N沟道增强型MOSFET器件及制造方法。
[0007]第一方面
[0008]本专利技术提供一种基于低RDS的N沟道增强型MOSFET器件，包括：
[0009]半导体衬底，以及在所述半导体衬底上生长出的外延层，所述外延层在朝向所述半导体衬底的方向上依次设置有源区、P型阱区，N型第一外延区和N型第二外延区；
[0010]金属层，所述金属层设置于所述源区背离所述P型阱区的一侧上；
[0011]沟槽结构，所述沟槽结构设置于所述外延层中，且所述沟槽结构从所述源区向所述N型第一外延区延伸，所述沟槽结构包括至少两个器件单胞，所述器件单胞包括第一沟槽
和两个第二沟槽，所述两个第二沟槽分别设置于所述第一沟槽的两侧，且所述第一沟槽的深度比所述两个第二沟槽的深度深；所述第一沟槽内壁覆盖有源极介质层，且内部填充有源极多晶硅；所述两个第二沟槽中的任一沟槽靠近槽底的一侧设置有多晶硅屏蔽场板，靠近槽口的一侧设置有多晶硅栅，且所述两个第二沟槽中的任一沟槽内还填充有氧化层，且所述氧化层包裹所述多晶硅屏蔽场板和所述多晶硅栅极，所述至少两个第二沟槽中的其他沟槽内壁覆盖有栅介质层，且内部填充有多晶硅栅；所述第一沟槽和所述两个第二沟槽的槽口由绝缘介质层覆盖，所述绝缘介质成中具有第一接触孔和第二接触孔，所述两个第二沟槽中的其他沟槽的多晶硅栅与所述源区和P型阱区通过第一接触孔连接到所述金属层形成源极，所述两个第二沟槽中的任一沟槽的多晶硅栅通过第二接触孔连接到所述金属层形成栅极；所述半导体衬底背离所述金属层的一侧与所述金属层形成漏极；
[0012]所述两个器件单胞之间还设置有N掺杂深阱部。
[0013]可选地，所述两个第二沟槽的槽壁为弧形，所述弧形为半径为r的圆弧形，且所述两个第二沟槽的内的多晶硅栅的掺杂浓度与所述半径成反比。
[0014]可选地，所述两个第二沟槽的内的多晶硅栅的掺杂浓度与所述半径满足公式：
[0015][0016]其中，所述N(r)为掺杂浓度，Ec为临近击穿电场，ε为介电常数，q为电荷，r为半径。
[0017]可选地，所述第一接触孔、所述第二接触孔中均设置有金属介质，用于所述金属层与所述源极和所述栅极的导通。
[0018]可选地，所述两个第二沟槽中的其他沟槽内还包括多晶硅屏蔽场板，所述从所述槽口向所述槽底延伸，在所述多晶硅屏蔽场板的两侧设置有所述多晶硅栅，所述多晶硅栅从所述槽口向所述槽底延伸，且所述多晶硅栅的延伸长度小于所述多晶硅屏蔽场板的延伸长度，所述栅介质层环绕所述多晶硅栅和所述多晶硅屏蔽场板。
[0019]可选地，所述多晶硅屏蔽场板包括第一多晶硅屏蔽场板和第二多晶硅屏蔽场板，且所述第一多晶硅屏蔽场板和所述第二多晶硅屏蔽场板间隔设置，所述第二多晶硅屏蔽场板位于所述第一多晶硅屏蔽场板靠近所述第二沟槽的槽底的一侧。
[0020]可选地，所述第一多晶硅屏蔽场板与所述第二多晶硅屏蔽场板之间具有隔离氧化层，所述隔离氧化层将所述第一多晶硅屏蔽场板与所述第二多晶硅屏蔽场板相互隔离。
[0021]第二方面
[0022]本专利技术提供一种基于低RDS的N沟道增强型MOSFET器件的制造方法，包括如下步骤：
[0023]步骤一：获取半导体衬底，并在所述半导体衬底上生长出的外延层，所述外延层在朝向所述半导体衬底的方向上依次设置有N型第一外延区和N型第二外延区；
[0024]步骤二：在外延层背离所述半导体衬底的一侧淀积硬掩膜层，并选择性地掩蔽和刻蚀所述硬掩膜层，在外延层上形成沟槽刻蚀的硬掩膜窗口；(
[0025]步骤三：利用所述硬掩膜窗口，通过干法刻蚀外延层，在所述外延层上形成沟槽结构，所述沟槽结构从所述源区向所述N型第一外延区延伸，所述沟槽结构包括至少两个器件单胞，所述器件单胞包括第一沟槽和两个第二沟槽，所述两个第二沟槽分别设置于所述第一沟槽的两侧，且所述第一沟槽的深度比所述两个第二沟槽的深度深；
[0026]步骤四：在所述第一沟槽内壁覆盖有源极介质层，且内部填充有源极多晶硅；所述两个第二沟槽中的任一沟槽靠近槽底的一侧设置有多晶硅屏蔽场板，靠近槽口的一侧设置有多晶硅栅，且所述两个第二沟槽中的任一沟槽内还填充有氧化层，且所述氧化层包裹所述多晶硅屏蔽场板和所述多晶硅栅极，所述至少两个第二沟槽中的其他沟槽内壁覆盖有栅介质层，且内部填充有多晶硅栅；
[0027]步骤五：在所述两个器件单胞之间注入N型杂质离子，并通过推阱形成N掺杂深阱部
[0028]步骤六：在所述外延层注入P型杂质离子，并通过推阱形成P型阱层；
[0029]步骤七：在所述外延层上进行源极区光刻，并注入杂质离子，通过推结形成源极区；
[0030]步骤八：在所述外延层上淀积绝缘介质层，所述绝缘介质层覆盖于所述外延层表面；
[0031]步骤九：对上述绝缘本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于低RDS的N沟道增强型MOSFET器件，其特征在于，包括：半导体衬底，以及在所述半导体衬底上生长出的外延层，所述外延层在朝向所述半导体衬底的方向上依次设置有源区、P型阱区，N型第一外延区和N型第二外延区；金属层，所述金属层设置于所述源区背离所述P型阱区的一侧上；沟槽结构，所述沟槽结构设置于所述外延层中，且所述沟槽结构从所述源区向所述N型第一外延区延伸，所述沟槽结构包括至少两个器件单胞，所述器件单胞包括第一沟槽和两个第二沟槽，所述两个第二沟槽分别设置于所述第一沟槽的两侧，且所述第一沟槽的深度比所述两个第二沟槽的深度深；所述第一沟槽内壁覆盖有源极介质层，且内部填充有源极多晶硅；所述两个第二沟槽中的任一沟槽靠近槽底的一侧设置有多晶硅屏蔽场板，靠近槽口的一侧设置有多晶硅栅，且所述两个第二沟槽中的任一沟槽内还填充有氧化层，且所述氧化层包裹所述多晶硅屏蔽场板和所述多晶硅栅极，所述两个第二沟槽中的其他沟槽内壁覆盖有栅介质层，且内部填充有多晶硅栅；所述第一沟槽和所述两个第二沟槽的槽口由绝缘介质层覆盖，所述绝缘介质成中具有第一接触孔和第二接触孔，所述两个第二沟槽中的其他沟槽的多晶硅栅与所述源区和P型阱区通过第一接触孔连接到所述金属层形成源极，所述两个第二沟槽中的任一沟槽的多晶硅栅通过第二接触孔连接到所述金属层形成栅极；所述半导体衬底背离所述金属层的一侧与所述金属层形成漏极；所述两个器件单胞之间还设置有N掺杂深阱部。2.根据权利要求1所述的N沟道增强型MOSFET器件，其特征在于，所述两个第二沟槽的槽壁为弧形，所述弧形为半径为r的圆弧形，且所述两个第二沟槽的其他沟槽的多晶硅栅的掺杂浓度与所述半径成反比。3.根据权利要求2所述的N沟道增强型MOSFET器件，其特征在于，所述两个第二沟槽的其他沟槽的多晶硅栅的掺杂浓度与所述半径满足公式：其中，所述N(r)为掺杂浓度，Ec为临近击穿电场，ε为介电常数，q为电荷，r为半径。4.根据权利要求1所述的N沟道增强型MOSFET器件，其特征在于，所述第一接触孔、所述第二接触孔中均设置有金属介质，用于所述金属层与所述源极和所述栅极的导通。5.根据权利要求1所述的N沟道增强型MOSFET器件，其特征在于，所述两个第二沟槽中的其他沟槽内还包括多晶硅屏蔽场板，所述从所述槽口向所述槽底延伸，在所述多晶硅屏蔽场板的两侧设置有所述多晶硅栅，所述多晶硅栅从所述槽口向所述槽底延伸，且所述多晶硅栅的延伸长度小于所述多晶硅屏蔽场板的延伸长度，所述栅介质层环绕所述多晶硅栅和所述多晶硅屏蔽场板。6.根据权利要求1所述的N沟道增强型MOSFET器件，其特征在于，所述多晶硅屏蔽场板包括第一多晶硅屏蔽场板和第二多晶硅屏蔽场板...

【专利技术属性】
技术研发人员：涂长招，王力，涂金福，李敏，袁益飞，
申请(专利权)人：福建康博电子技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：