沟槽型MOS场效应晶体管制造技术

本实用新型专利技术属于半导体技术领域，公开了沟槽型MOS场效应晶体管。上述场效应晶体管包括：从下至上依次层叠设置的半导体衬底层、N型半导体外延层、阱区和掺杂区；沟槽，包括栅极沟槽和虚拟沟槽，栅极沟槽位于中心位置，其两侧分别设置一个虚拟沟槽，虚拟沟槽的内部填充有氧化物，底部设置有P+层；金属层，位于掺杂区远离N型半导体外延层的一侧。上述场效应晶体管的结构简单，制备成本低；虚拟沟槽的引入及其内部和底部结构的设置，可以屏蔽栅极沟槽附近的强电场，对栅极沟槽形成良好的保护，提高了栅氧的可靠性；本实用新型专利技术无需增加栅氧的厚度，可以保持栅极沟槽和沟道结构不发生明显改变，从而使得沟道电阻不会增加。从而使得沟道电阻不会增加。从而使得沟道电阻不会增加。

【技术实现步骤摘要】
沟槽型MOS场效应晶体管


[0001]本技术属于半导体
，具体涉及沟槽型MOS场效应晶体管。

技术介绍

[0002]金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)是下一代高效电力电子器件技术的核心器件。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，基于此，碳化硅MOSFET受到了广泛关注。常规碳化硅MOSFET中栅极沟槽(gate trench)的栅氧厚度相同，特别是两个侧壁，因为在同一晶向，使得栅氧厚度的一致性更好。为了获得较高的导通电流能力，通常栅氧厚度相对较薄，但沟槽拐角位置易出现高电场，栅氧在经受高电场的情况下可靠性会降低，甚至直接击穿。如果单纯增加栅氧厚度，会大幅提高沟道的导通电阻，严重影响器件性能。
[0003]因此，提供一种电流导通能力强，且栅极沟槽可靠性高的MOS场效应晶体管具有重要意义。

技术实现思路

[0004]本技术旨在至少解决上述现有技术中存在的技术问题之一。为此，本技术提出沟槽型MOS场效应晶体管，由于影响电流导通能力的栅极沟槽及沟道结构未发生明显改变，因此沟道电阻不会增加，同时栅极沟槽结构的可靠性得到了提高。
[0005]根据本技术的一个方面，提出了沟槽型MOS场效应晶体管，包括：
[0006]从下至上依次层叠设置的半导体衬底层、N型半导体外延层、阱区和掺杂区；
[0007]沟槽，所述沟槽包括一个栅极沟槽和两个虚拟沟槽，所述栅极沟槽位于中心位置，所述栅极沟槽的两侧分别设置一个所述虚拟沟槽，所述栅极沟槽和所述虚拟沟槽由所述掺杂区顶部延伸到所述N型半导体外延层，所述虚拟沟槽的内部填充有氧化物，所述虚拟沟槽的底部设置有P+层；
[0008]金属层，所述金属层位于所述掺杂区远离所述N型半导体外延层的一侧。
[0009]在本技术的一些实施方式中，所述半导体衬底层包括碳化硅衬底层、硅衬底层中的任一种。
[0010]在本技术的一些实施方式中，所述半导体衬底层选自碳化硅衬底层。
[0011]在本技术的一些实施方式中，所述N型半导体外延层选自N型碳化硅外延层。
[0012]具体地，N型材料是电子导电，较P型的空穴导通电阻更低，因此选择N型碳化硅外延层。
[0013]在本技术的一些实施方式中，所述半导体外延层的厚度＜20μm。
[0014]在本技术的一些实施方式中，所述阱区为P阱区。即在所述N型半导体外延层上注入P型杂质，如铝、硼等。
[0015]在本技术的一些实施方式中，所述阱区的深度为0.7～1.1μm。
[0016]在本技术的一些实施方式中，所述掺杂区包括N+区和P+区，所述P+区设置于
所述N+区的两侧。
[0017]具体地，所述N+区为高浓度的N型杂质掺杂区，所述P+区为高浓度的P型杂质掺杂区。
[0018]在本技术的一些实施方式中，所述N+区的深度为0.3～0.6μm。
[0019]在本技术的一些实施方式中，所述N+区可掺杂N型的氮或磷。
[0020]在本技术的一些实施方式中，所述P+区的深度介于所述N+区和所述阱区的深度之间。
[0021]在本技术的一些实施方式中，所述栅极沟槽由所述N+区顶部延伸到所述N型半导体外延层。
[0022]在本技术的一些实施方式中，所述虚拟沟槽的上部位于所述N+区和所述P+区之间。
[0023]在本技术的一些实施方式中，两个所述虚拟沟槽对称设置在所述栅极沟槽的两侧。
[0024]在本技术的一些实施方式中，所述沟槽的深度和宽度的比值为1～2：1。
[0025]在本技术的一些实施方式中，所述沟槽的深度和宽度的比值为1：1。
[0026]在本技术的一些实施方式中，所述沟槽的深度为1～2μm。
[0027]在本技术的一些实施方式中，所述虚拟沟槽内部填充的氧化物为二氧化硅。
[0028]在本技术的一些实施方式中，所述虚拟沟槽的底部设置的所述P+层为半椭圆形或半矩形。
[0029]在本技术的一些实施方式中，所述栅沟槽的侧壁和底部设置有栅极氧化物层。
[0030]在本技术的一些实施方式中，所述栅极氧化物层为二氧化硅层。
[0031]在本技术的一些实施方式中，所述栅极沟槽的内部沉积有多晶硅层。
[0032]在本技术的一些实施方式中，所述沟槽型MOS场效应晶体管还包括介质层，所述介质层设置于所述栅极沟槽的上方，宽度大于所述栅极沟槽的宽度。
[0033]在本技术的一些实施方式中，所述介质层包括掺杂型二氧化硅层、非掺杂型二氧化硅层、氮化硅层中的任一种。
[0034]在本技术的一些实施方式中，所述金属层包括铝层、钨层中的任一种。
[0035]在本技术的一些优选的实施方式中，所述金属层选自铝层。
[0036]根据本技术的一种优选的实施方式，至少具有以下有益效果：
[0037]本技术的沟槽型MOS场效应晶体管的结构简单，制备成本较低。由于在栅极沟槽两侧各引入一个虚拟沟槽(dummy trench)(结构较为简单)，用氧化物填充虚拟沟槽，并在虚拟沟槽的底部设置P+层，使得P+层中的P+和N型半导体外延层集中在虚拟沟槽的底部形成PN结，该底部PN结的存在对电场分布的改变幅度较大、较集中，从而能够很好地降低栅极沟槽拐角处的场强；同时填充在虚拟沟槽中的氧化物又相当于场板的作用，其与底部PN结结合可屏蔽栅极沟槽附近的强电场，从而对栅极沟槽形成良好的保护，提高了栅氧的可靠性。因此，本技术中的沟槽型MOS场效应晶体管，无需增加栅氧的厚度，也可以保持影响电流导通能力的栅极沟槽和沟道结构不发生明显改变，从而使得沟道电阻不会增加，不会影响器件性能。
附图说明
[0038]下面结合附图和实施例对本技术做进一步的说明，其中：
[0039]图1为本技术实施例1中沟槽型MOS场效应晶体管的结构示意图；
[0040]图2为本技术实施例2中沟槽型MOS场效应晶体管的结构示意图。
[0041]附图标记：
[0042]10
‑
半导体衬底层；11
‑
N型半导体外延层；12
‑
阱区；13
‑
P+区；14
‑
N+区；15
‑
栅极沟槽；16
‑
虚拟沟槽；17
‑
介质层；18
‑
金属层；20
‑
栅极氧化物层；21
‑
多晶硅层；22
‑
P+层；23
‑
氧化物层。
具体实施方式
[0043]下面详细描述本技术的实施例，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。下面通过本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.沟槽型MOS场效应晶体管，其特征在于，包括：从下至上依次层叠设置的半导体衬底层、N型半导体外延层、阱区和掺杂区；沟槽，所述沟槽包括一个栅极沟槽和两个虚拟沟槽，所述栅极沟槽位于中心位置，所述栅极沟槽的两侧分别设置一个所述虚拟沟槽，所述栅极沟槽和所述虚拟沟槽由所述掺杂区顶部延伸到所述N型半导体外延层，所述虚拟沟槽的内部填充有氧化物，所述虚拟沟槽的底部设置有P+层；金属层，所述金属层位于所述掺杂区远离所述N型半导体外延层的一侧。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，所述掺杂区包括N+区和P+区，所述P+区设置于所述N+区的两侧。3.根据权利要求2所述的沟槽型MOS场效应晶体管，其特征在于，所述虚拟沟槽的上部位于所述N+区和所述P+区之间。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，所述虚拟沟槽的内部填充有二...

【专利技术属性】
技术研发人员：张爱忠，
申请(专利权)人：深圳市至信微电子有限公司，
类型：新型
国别省市：