具有阶梯型沟槽的碳化硅MOSFET元胞结构、器件及制备方法技术

本发明专利技术提出了两种具有阶梯型沟槽的碳化硅MOSFET元胞结构，均通过中部屏蔽区和顶部屏蔽区将沟槽的侧壁完整包覆，一方面能够提高MOSFET的导通能力和耐压性，另一方面能够减少电场尖峰现象，降低栅氧层击穿风险；两种元胞结构的中部屏蔽区均跨越三区/层，这样有助于优化整个元胞结构的电场；此外，两种元胞结构的中部屏蔽区和顶部屏蔽区的离子浓度均依次升高，能够优化电场分布和击穿电压，提高MOSFET的可靠性。本发明专利技术还公开了具有阶梯型沟槽的碳化硅MOSFET器件。此外，还公开了元胞结构的制备方法，通过三次分步注入能够优化击穿电压，平滑电场分布，优化体二极管的反向恢复性能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及碳化硅mosfet领域，特别是涉及具有阶梯型沟槽的碳化硅mosfet元胞结构、器件及制备方法。

技术介绍

1、碳化硅mosfet有两种常见类型，平面型和沟槽型。沟槽型mosfet因其更小的元胞面积、更高的沟道迁移率而受到广泛研究和应用。然而，现有技术中的沟槽型mosfet存在击穿电压较低、导通电阻较高等缺陷，难以适用于新能源汽车的高频开关电路要求。因此，进一步提高击穿电压、降低导通电阻已成为当前亟待解决的技术问题。

技术实现思路

1、专利技术目的：本专利技术的目的是提供一种能够有效提高击穿电压、降低导通电阻的具有阶梯型沟槽的碳化硅mosfet元胞结构、器件及制备方法，解决现有技术中存在的问题。

2、技术方案：本专利技术所述的具有阶梯型沟槽的碳化硅mosfet元胞结构，自下而上依次设有漏极金属、衬底、缓冲层、漂移层及电流扩散层，电流扩散层和漂移层中设有沟槽栅极，沟槽栅极包括形状为阶梯型的沟槽，沟槽的左侧设有阱区，阱区的上方设有第一接触区和第二接触区，第二接触区设于第一接触区的右边，第一本文档来自技高网...

【技术保护点】

1.具有阶梯型沟槽的碳化硅MOSFET元胞结构，其特征在于：自下而上依次设有漏极金属（120）、衬底（121）、缓冲层（122）、漂移层（123）及电流扩散层（124），电流扩散层（124）和漂移层（123）中设有沟槽栅极（13），沟槽栅极（13）包括形状为阶梯型的沟槽（131），沟槽（131）的左侧设有阱区（143），阱区（143）的上方设有第一接触区（141）和第二接触区（142），第二接触区（142）设于第一接触区（141）的右边，第一接触区（141）和第二接触区（142）的上方设有源极金属（16）；沟槽（131）的侧壁具有至少三级台阶，最下方的台阶位于沟槽（131）侧壁底部，最上...

【技术特征摘要】

1.具有阶梯型沟槽的碳化硅mosfet元胞结构，其特征在于：自下而上依次设有漏极金属（120）、衬底（121）、缓冲层（122）、漂移层（123）及电流扩散层（124），电流扩散层（124）和漂移层（123）中设有沟槽栅极（13），沟槽栅极（13）包括形状为阶梯型的沟槽（131），沟槽（131）的左侧设有阱区（143），阱区（143）的上方设有第一接触区（141）和第二接触区（142），第二接触区（142）设于第一接触区（141）的右边，第一接触区（141）和第二接触区（142）的上方设有源极金属（16）；沟槽（131）的侧壁具有至少三级台阶，最下方的台阶位于沟槽（131）侧壁底部，最上方的台阶位于沟槽（131）侧壁顶部，中间的若干台阶位于沟槽（131）侧壁中间，最下方台阶外设有底部屏蔽区（151），最上方台阶外设有顶部屏蔽区（153），中间的每一级台阶外均设有中部屏蔽区（152）；顶部屏蔽区（153）与第二接触区（142）平行接触，所有中部屏蔽区（152）组成的整体与漂移层（123）、电流扩散层（124）、阱区（143）均平行接触，底部屏蔽区（151）、中部屏蔽区（152）和顶部屏蔽区（153）的离子浓度依次升高；漏极金属（120）连接漏极（111），源极金属（16）连接源极（112），沟槽栅极（13）连接栅极（113）；其中，衬底（121）、缓冲层（122）、漂移层（123）和第一接触区（141）均为第一导电类型，电流扩散层（124）、阱区（143）、第二接触区（142）、底部屏蔽区（151）、中部屏蔽区（152）和顶部屏蔽区（153）均为第二导电类型。

2.根据权利要求1所述的具有阶梯型沟槽的碳化硅mosfet元胞结构，其特征在于：所述顶部屏蔽区（153）的底部与第二接触区（142）的底部平齐，顶部屏蔽区（153）的顶部与沟槽（131）的顶部平齐。

3.根据权利要求1所述的具有阶梯型沟槽的碳化硅mosfet元胞结构，其特征在于：所述沟槽（131）的侧壁具有三级台阶；沟槽栅极（13）还包括设于沟槽（131）内的栅极多晶硅（132），以及设于沟槽（131）与栅极多晶硅（132）之间的栅氧层（133）；栅氧层（133）包括设于栅极多晶硅（132）两侧的侧壁栅氧层（1331）和设于栅极多晶硅（132）底部的底部栅氧层（1332），底部栅氧层（1332）的厚度比侧壁栅氧层（1331）的厚度大。

4.根据权利要求1所述的具有阶梯型沟槽的碳化硅mosfet元胞结构，其特征在于：所述漂移层（123）中设有柱状区域（17），柱状区域（17）位于底部屏蔽区（151）下方且与底部屏蔽区（151）连接，柱状区域（17）为第二导电类型。

5.具有阶梯型沟槽的碳化硅mosfet元胞结构，其特征在于：自下而上依次设有漏极金属（220）、衬底（221）、缓冲层（222）、漂移层（223）及电流扩散层（224），电流扩散层（224）...

【专利技术属性】
技术研发人员：江顺达，刘昊，周莹莹，
申请(专利权)人：无锡芯动半导体科技有限公司，
类型：发明
国别省市：