一种沟槽型MOSFET元胞结构、器件制造技术

本实用新型专利技术公开了一种沟槽型MOSFET元胞结构及器件，包括：栅极沟槽、辅助源极沟槽、N

【技术实现步骤摘要】
一种沟槽型MOSFET元胞结构、器件


[0001]本技术属于半导体器件
，具体涉及一种具有更好的双侧导通能力的沟槽型MOSFET元胞结构及器件。

技术介绍

[0002]SiC材料因其优良特性在高功率方面具有强大的吸引力，成为高性能功率MOSFET的理想材料之一。SiC垂直功率MOSFET器件主要有横向型的双扩散DMOSFET以及垂直栅槽结构的UMOSFET。DMOSFET结构采用了平面扩散技术，以难熔材料如多晶硅栅作掩膜，用多晶硅栅的边缘定义P型基区和N
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源区，利用P型基区和N
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源区的侧面扩散差异来形成表面沟道区域。而垂直栅槽结构的UMOSFET，其命名源于U型沟槽结构，该U型沟槽结构利用反应离子刻蚀在栅区形成，U型沟槽结构具有较高的沟道密度这使得器件的开态特征电阻显著减小。平面型SiC MOSFET经过行业内多年的研究，已经有一些厂商率先推出了商业化产品。对于普通横向型DMOSFET结构而言，现代技术进步已经达到了缩小MOS元胞尺寸而无法降低导通电阻的程度，主要原因是由于JFET颈区电阻的限制，即使采用更小的光刻尺寸，单位面积导通电阻也难以降到2mΩ
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cm2，而沟槽结构可以有效解决这个问题。U型沟槽结构采用了在存储器存储电容制各工艺中专利技术的沟槽刻蚀技术，使导电沟道从横向变为纵向，相比普通结构消除了JFET颈电阻，大大增加了原胞密度，提高了功率半导体的电流处理能力。
[0003]然而，SiC UMOSFET在实际工艺制作和应用中仍然存在几个问题：一是SiC漂移区的高电场导致栅氧化层上的电场很高，这个问题在槽角处加剧，从而在高漏极电压下造成栅氧化层迅速击穿，对于恶劣环境的静电效应以及电路中的高压尖峰耐受能力差。二是由于SiC功率MOSFET主要应用于高压高频大电流领域，电路中的寄生参数会使得在高频开关过程中产生overshoot等尖峰毛刺，造成器件电流通路上的瞬时过压同时增加了开关过程的损耗；或由于功率负载等变化形成大的浪涌电压，因此MOSFET抗浪涌电压能力和过压保护也非常重要。由于现有MOSFET器件本身并不具备抗浪涌电压自抑制能力和过压保护能力，往往需要在实际应用中设计复杂的缓冲电路、浪涌电压抑制电路和过压保护电路。而这种外部匹配的抑制和过压保护电路往往有时间上的延迟，实际开关过程中的高频尖峰电压浪涌仍然由器件本身承受，有时会导致器件沟道区的击穿失效，以及栅结构和电极欧姆接触区域的逐渐失效，引起器件可靠性问题。此外，由于离子注入深度有限，导致很多针对性的沟槽栅极保护结构和抗浪涌设计从工艺上难以实现。
[0004]为了更好的保护沟槽MOSFET的栅极氧化层，特别是底部和沟槽角落，业界的SiC沟槽MOSFET主要有三种技术方案和器件结构，其中包括，日本Rohm采用的在栅极沟槽两侧构造源极双沟槽结构以屏蔽中间的栅极沟槽底部，德国英飞凌采用的P
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半包裹的非对称沟槽结构，日本住友采用的在沟槽栅底部下两侧构造连接到源极的P
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掩埋结构。在实际器件制作及产品应用中，英飞凌的半包沟槽MOSFET呈现出更好的沟槽栅底部保护能力和可靠性。从器件结构分析和TCAD仿真上，也能体现出采用底部及沟槽一侧P
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半包裹保护的方式能构造更好的沟槽栅电场屏蔽。然而，采用英飞凌的半包沟槽结构会造成沟槽MOSFET只能通过
一侧channel导电通道，另一侧被用来构造P
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屏蔽层牺牲了导通沟槽，造成器件单元导通损耗的增加。

技术实现思路

[0005]针对现有技术的不足，本技术的目的在于提供一种具有更好的双侧导通能力的沟槽型MOSFET元胞结构，降低导通损耗，提高器件的性能。
[0006]为实现上述目的，本技术采用的技术方案如下：
[0007]一种沟槽型MOSFET元胞结构，包括：栅极沟槽、辅助源极沟槽、N
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源区、P型基区、P
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掩埋层、N漂移层、N
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衬底，其中，所述N
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源区位于所述P型基区上部内被所述P型基区半包裹，所述P型基区位于所述N漂移层上方，所述N漂移层位于所述N
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衬底上方，所述栅极沟槽垂直贯穿所述N
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源区及所述P型基区并延伸至所述N漂移层，所述辅助源极沟槽垂直贯穿所述P型基区并延伸至所述N漂移层，所述P
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掩埋层位于所述栅极沟槽和所述辅助源极沟槽下方被所述N漂移层包裹，所述P
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掩埋层位于所述栅极沟槽下方部分在与所述栅极沟槽平行方向上非连续，在空间上呈周期性分布，所述辅助源极沟槽底部与所述P
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掩埋层直接接触，所述辅助源极沟槽底部设有欧姆接触金属层，所述辅助源极沟槽的侧壁集成有二极管。
[0008]在一些实施方式中，所述辅助源极沟槽的侧壁集成有肖特基二极管，所述肖特基二极管位于所述辅助源极沟槽与所述N漂移层接触区域。
[0009]在一些实施方式中，所述辅助源极沟槽的侧壁集成有PIN二极管。
[0010]在一些实施方式中，所述栅极沟槽底部与所述P
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掩埋层直接接触。
[0011]在一些实施方式中，所述栅极沟槽底部与所述P
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掩埋层不直接接触。
[0012]在一些实施方式中，所述栅极沟槽或/和辅助源极沟槽采用阶梯型多级沟槽。
[0013]在一些实施方式中，所述辅助源极沟槽深度大于所述栅极沟槽深度。
[0014]在一些实施方式中，所述辅助源极沟槽在与所述栅极沟槽平行方向上非连续。
[0015]本技术还提供一种沟槽型MOSFET器件，包括上述沟槽型MOSFET元胞结构。
[0016]与现有技术相比，本技术的有益效果在于：
[0017]本技术采用一侧构造辅助源极沟槽二极管，同时结合沟槽栅底部设置P
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掩埋层的方式，构造出具有更好的双侧导通能力的半包沟槽型MOSFET元胞结构，增加了器件的导通能力，降低了导通损耗。同时，一侧的沟槽二极管源极，可以在侧壁集成肖特基二极管，底部集成MPS欧姆接触，巧妙的将肖特基二极管集成到沟槽MOSFET中，形成更好的续流特性。
附图说明
[0018]图1为实施例1的MOSFET结构示意图；
[0019]图2为图1中A处截面放大示意图；
[0020]图3为实施例2的MOSFET结构示意图；
[0021]图4为实施例3的MOSFET结构示意图；
[0022]图5为实施例4的MOSFET结构示意图；
[0023]图6为实施例5的MOSFET结构示意图；
[0024]图7为实施例6的MOSFET结构示意图；
[0025]图8为实施例7的MOSFET结构示意图；
[0026]图9为实施例8的MOSFET结构示意图；
[0027]图10为实施例9的MOSFE本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种沟槽型MOSFET元胞结构，其特征在于，包括：栅极沟槽、辅助源极沟槽、N
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源区、P型基区、P
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掩埋层、N漂移层、N
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衬底，其中，所述N
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源区位于所述P型基区上部内被所述P型基区半包裹，所述P型基区位于所述N漂移层上方，所述N漂移层位于所述N
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衬底上方，所述栅极沟槽垂直贯穿所述N
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源区及所述P型基区并延伸至所述N漂移层，所述辅助源极沟槽垂直贯穿所述P型基区并延伸至所述N漂移层，所述P
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掩埋层位于所述栅极沟槽和所述辅助源极沟槽下方被所述N漂移层包裹，所述P
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掩埋层位于所述栅极沟槽下方部分在与所述栅极沟槽平行方向上非连续，在空间上呈周期性分布，所述辅助源极沟槽底部与所述P
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掩埋层直接接触，所述辅助源极沟槽底部设有欧姆接触金属层，所述辅助源极沟槽的侧壁集成有二极管。2.根据权利要求1所述的沟槽型MOSFET元胞结构，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：袁俊，王宽，郭飞，
申请(专利权)人：湖北九峰山实验室，
类型：新型
国别省市：