【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
本申請屬于半導(dǎo)體，尤其涉及一種碳化硅溝槽晶體管及制備方法。
技術(shù)介紹
1、碳化硅mosfet具有電子飽和漂移速度高、禁帶寬度大、熱導(dǎo)率高等優(yōu)良特性。碳化硅平面mosfet存在類似結(jié)型場效應(yīng)晶體管(jfet)溝道電阻，且溝道遷移率較低。而碳化硅溝槽mosfet在電性能提升方面均展現(xiàn)出極大的優(yōu)勢，可以更好地緩解器件擊穿電壓(bv)與比導(dǎo)體電阻(rsp)之間的矛盾。
2、當(dāng)碳化硅溝槽mosfet工作在逆變電路中時，為避免其寄生體二極管的開啟而導(dǎo)致的高關(guān)斷損耗以及由雙極退化導(dǎo)致的可靠性問題，相關(guān)技術(shù)采用并聯(lián)一個肖特基二極管進(jìn)行反向續(xù)流來解決這類問題。然而，外接肖特基二極管，會導(dǎo)致器件面積增加，且成本提高。
技術(shù)實現(xiàn)思路
1、本申請旨在至少解決相關(guān)技術(shù)中存在的技術(shù)問題之一。為此，本申請?zhí)岢鲆环N碳化硅溝槽晶體管及其制備方法，能夠在不增加器件面積和成本的情況下，降低開關(guān)功耗，提高器件可靠性。
2、第一方面，本申請?zhí)峁┝艘环N碳化硅溝槽晶體管，包括：
3、襯底，包括漏區(qū)；
4、外延層，位于所述襯底上，所述外延層包括漂移區(qū)，位于所述漂移區(qū)頂部的阱區(qū)，以及位于所述阱區(qū)頂部的源區(qū)；
5、第一溝槽，縱向貫穿所述源區(qū)和所述阱區(qū)并延伸至所述漂移區(qū)內(nèi)；
6、多晶硅結(jié)構(gòu)，位于所述第一溝槽內(nèi)，所述多晶硅結(jié)構(gòu)的摻雜類型與所述漂移區(qū)的摻雜類型相反，所述多晶硅結(jié)構(gòu)與所述漂移區(qū)之間構(gòu)成異質(zhì)結(jié)，所述多晶硅結(jié)構(gòu)包括第一多晶硅子結(jié)構(gòu)和第二多晶硅子結(jié)構(gòu)，所述第一
7、第二溝槽，位于所述第二多晶硅子結(jié)構(gòu)沿第二方向的相對兩側(cè)的所述第一溝槽內(nèi)；
8、柵極結(jié)構(gòu)，包括兩個柵極子結(jié)構(gòu)，分別位于所述第二多晶硅子結(jié)構(gòu)沿第二方向的相對兩側(cè)的所述第二溝槽內(nèi)，所述縱向、所述第一方向和所述第二方向相互垂直；
9、屏蔽區(qū)，位于所述第一溝槽底部的所述漂移區(qū)，并與所述柵極結(jié)構(gòu)的位置相對應(yīng)。
10、根據(jù)本申請的一個實施例，所述柵極結(jié)構(gòu)包括柵極和柵極介質(zhì)層；
11、所述柵極介質(zhì)層位于所述第二溝槽的內(nèi)表面，所述柵極填充于所述第二溝槽。
12、根據(jù)本申請的一個實施例，所述第二多晶硅子結(jié)構(gòu)的縱向高度大于所述第一多晶硅子結(jié)構(gòu)的縱向高度；和/或，
13、所述第二多晶硅子結(jié)構(gòu)的縱向高度大于所述阱區(qū)的縱向高度與所述柵極介質(zhì)層的厚度之和。
14、根據(jù)本申請的一個實施例，所述屏蔽區(qū)沿所述第二方向的寬度小于所述第一溝槽沿所述第二方向的寬度。
15、根據(jù)本申請的一個實施例，所述外延層還包括位于所述阱區(qū)頂部的體接觸區(qū)，且所述體接觸區(qū)位于所述源區(qū)沿所述第二方向的相對兩側(cè)；
16、所述碳化硅溝槽晶體管還包括：
17、層間介質(zhì)層，位于所述外延層上；
18、源端電極，位于所述層間介質(zhì)層上，并縱向貫穿所述層間介質(zhì)層與所述源區(qū)和所述體接觸區(qū)歐姆接觸；
19、漏端電極，位于所述襯底的底部，并與所述漏區(qū)歐姆接觸。
20、第二方面，本申請?zhí)峁┝艘环N碳化硅溝槽晶體管的制備方法，包括：
21、提供襯底以及位于所述襯底上的外延層，所述襯底包括漏區(qū)，所述外延層包括漂移區(qū)，位于所述漂移區(qū)頂部的阱區(qū)，以及位于所述阱區(qū)頂部的源區(qū)；
22、在外延層形成第一溝槽，所述第一溝槽縱向貫穿所述源區(qū)、所述阱區(qū)并延伸至所述漂移區(qū)內(nèi)；
23、在所述第一溝槽中填充本征多晶硅層；
24、在所述本征多晶硅層沿第二方向的相對兩側(cè)的邊緣形成第二溝槽，得到本征多晶硅結(jié)構(gòu)；
25、對所述本征多晶硅結(jié)構(gòu)進(jìn)行摻雜，得到所述多晶硅結(jié)構(gòu)，同時對所述第一溝槽底部的所述漂移區(qū)進(jìn)行摻雜，得到與所述第二溝槽的位置相對應(yīng)的屏蔽區(qū)；其中，所述多晶硅結(jié)構(gòu)的摻雜類型與所述漂移區(qū)的摻雜類型相反，所述多晶硅結(jié)構(gòu)與所述漂移區(qū)之間構(gòu)成異質(zhì)結(jié)，所述多晶硅結(jié)構(gòu)包括第一多晶硅子結(jié)構(gòu)和第二多晶硅子結(jié)構(gòu)，所述第一多晶硅子結(jié)構(gòu)覆蓋所述第一溝槽的底部，所述第二多晶硅子結(jié)構(gòu)連接在所述第一多晶硅子結(jié)構(gòu)的中間位置，并沿第一方向和縱向延伸，所述第二多晶硅子結(jié)構(gòu)的橫向截面積小于所述第一多晶硅子結(jié)構(gòu)的橫向截面積；
26、在所述第二溝槽中形成柵極結(jié)構(gòu)，所述柵極結(jié)構(gòu)包括兩個柵極子結(jié)構(gòu)，所述兩個柵極子結(jié)構(gòu)位于所述第二多晶硅子結(jié)構(gòu)沿第二方向的相對兩側(cè)，所述縱向、所述第一方向和所述第二方向相互垂直。
27、根據(jù)本申請的一個實施例，所述柵極結(jié)構(gòu)包括柵極和柵極介質(zhì)層；
28、所述在所述第二溝槽中形成柵極結(jié)構(gòu)，包括：
29、在所述第二溝槽的內(nèi)表面形成所述柵極介質(zhì)層；
30、在所述第二溝槽中填充所述柵極。
31、根據(jù)本申請的一個實施例，所述多晶硅結(jié)構(gòu)和所述屏蔽區(qū)采用同一掩膜版形成。
32、根據(jù)本申請的一個實施例，所述外延層還包括位于所述阱區(qū)頂部的體接觸區(qū)，且所述體接觸區(qū)位于所述源區(qū)沿所述第二方向的相對兩側(cè)；
33、所述方法還包括：
34、在所述外延層上形成的層間介質(zhì)層；
35、形成貫穿所述層間介質(zhì)層的接觸孔，以裸露所述源區(qū)和所述體接觸區(qū)；
36、在所述層間介質(zhì)層上形成源端電極，且所述源端電極填充所述接觸孔，與所述源區(qū)和所述體接觸區(qū)歐姆接觸；
37、在所述襯底的底部形成漏端電極，且所述漏端電極與所述漏區(qū)歐姆接觸。
38、根據(jù)本申請的一個實施例，所述漏區(qū)、所述漂移區(qū)和所述源區(qū)具有第一摻雜類型，所述阱區(qū)和所述多晶硅結(jié)構(gòu)具有第二摻雜類型；
39、所述碳化硅溝槽晶體管為n溝道碳化硅溝槽晶體管，所述第一摻雜類型為n型，所述第二摻雜類型為p型；或者，所述碳化硅溝槽晶體管為p溝道碳化硅溝槽晶體管，所述第一摻雜類型為p型，所述第二摻雜類型為n型。
40、本申請實施例中的上述一個或多個技術(shù)方案，至少具有如下技術(shù)效果之一：
41、通過在第一溝槽中設(shè)置呈倒t型的多晶硅結(jié)構(gòu)，且多晶硅結(jié)構(gòu)的摻雜類型與漂移區(qū)的摻雜類型相反，使多晶硅結(jié)構(gòu)與漂移區(qū)之間形成了三面異質(zhì)結(jié)，異質(zhì)結(jié)二極管比寄生體二極管具有更小的正向?qū)▔航担瑥亩鴾p小開關(guān)功耗，提升器件可靠性，且不增加器件面積和成本。當(dāng)器件工作于反向續(xù)流狀態(tài)時，異質(zhì)結(jié)二極管具有優(yōu)于體二極管的開關(guān)特性，由此降低反向恢復(fù)時間以降低開關(guān)損耗，且避免體二極管導(dǎo)通引發(fā)的可靠性問題。呈倒t型的多晶硅結(jié)構(gòu)將柵極結(jié)構(gòu)分隔為兩個柵極子結(jié)構(gòu)，減小柵漏電容，降低器件動態(tài)功耗。多晶硅結(jié)構(gòu)中的第一多晶硅子結(jié)構(gòu)的厚度較薄，能夠進(jìn)一步減小柵漏電容，且降低柵氧中的電場強(qiáng)度，進(jìn)一步提高器件可靠性。
42、進(jìn)一步地，在第一溝槽底部的漂移區(qū)設(shè)置屏蔽區(qū)，能夠有效緩解第一溝槽底部異質(zhì)結(jié)處的高電場現(xiàn)象，從而減本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點】
1.一種碳化硅溝槽晶體管，其特征在于，包括：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳化硅溝槽晶體管，其特征在于，所述柵極結(jié)構(gòu)包括柵極和柵極介質(zhì)層；
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的碳化硅溝槽晶體管，其特征在于，所述第二多晶硅子結(jié)構(gòu)的縱向高度大于所述第一多晶硅子結(jié)構(gòu)的縱向高度；和/或，
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳化硅溝槽晶體管，其特征在于，所述屏蔽區(qū)沿所述第二方向的寬度小于所述第一溝槽沿所述第二方向的寬度。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4任一項所述的碳化硅溝槽晶體管，其特征在于，所述外延層還包括位于所述阱區(qū)頂部的體接觸區(qū)，且所述體接觸區(qū)位于所述源區(qū)沿所述第二方向的相對兩側(cè)；
6.一種碳化硅溝槽晶體管的制備方法，其特征在于，包括：
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的碳化硅溝槽晶體管的制備方法，其特征在于，所述柵極結(jié)構(gòu)包括柵極和柵極介質(zhì)層；
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的碳化硅溝槽晶體管的制備方法，其特征在于，所述多晶硅結(jié)構(gòu)和所述屏蔽區(qū)采用同一掩膜版形成。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的碳化硅溝槽晶體管的制備方法，其特征在于，所述外延層還包
10.根據(jù)權(quán)利要求6-9任一項所述的碳化硅溝槽晶體管的制備方法，其特征在于，所述漏區(qū)、所述漂移區(qū)和所述源區(qū)具有第一摻雜類型，所述阱區(qū)和所述多晶硅結(jié)構(gòu)具有第二摻雜類型；
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種碳化硅溝槽晶體管，其特征在于，包括：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳化硅溝槽晶體管，其特征在于，所述柵極結(jié)構(gòu)包括柵極和柵極介質(zhì)層；
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的碳化硅溝槽晶體管，其特征在于，所述第二多晶硅子結(jié)構(gòu)的縱向高度大于所述第一多晶硅子結(jié)構(gòu)的縱向高度；和/或，
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳化硅溝槽晶體管，其特征在于，所述屏蔽區(qū)沿所述第二方向的寬度小于所述第一溝槽沿所述第二方向的寬度。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4任一項所述的碳化硅溝槽晶體管，其特征在于，所述外延層還包括位于所述阱區(qū)頂部的體接觸區(qū)，且所述體接觸區(qū)位于所述源區(qū)沿所述第二方向的相對兩側(cè)；
6.一種碳化硅溝...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：倪煒江，郝志杰，
申請(專利權(quán))人：安徽芯塔電子科技有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：
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