沟槽栅超结MOS结构及制备方法与流程

专利2025-05-21  22


本发明涉及微电子的,特别是涉及一种沟槽栅超结mos结构及制备方法。


背景技术:

1、mos是集成电路技术中的基础元件之一,其主要优势包括高度可集成性、快速的开关速度、低功耗特性以及良好的电学隔离性和稳定性,使其在数字电路、模拟电路、微处理器、存储器和功率放大器等各种应用中得到广泛应用;平面mos关键创新在于将金属、氧化物和半导体结构应用于晶体管设计中,通过在半导体表面形成一层氧化物(通常是二氧化硅),并在其上方以金属作为栅极,通过栅极电压控制源极和漏极之间的半导体表面的导电通道的电阻,来控制通道的导电性,从而实现器件的开关功能和放大功能。

2、在现代电子设备中,尤其是在高频率、高功率应用中,导通电阻的降低是提高设备性能和功率效率的关键因素之一,超结结构和沟槽栅结构是常用的技术,超结结构是通过交替排列的p型柱和n型柱来代替n型漂移区,保证具有足够击穿电压的同时,降低导通电阻,沟槽栅结构通过在半导体衬底上刻蚀出沟槽,并且在沟槽内形成栅极,增加接触面积,提高了栅极控制沟道电流的能力,不仅使得器件在相同的栅极驱动电压下能够实现更大的电流,还大大减小了导通电阻。

3、通过同时应用超结结构和沟槽栅结构,虽然能够进一步的降低导通电阻,降低导通损耗,但是在mos结构表面承担较高的电场时,此时栅氧化层中电场还会高,此时的栅氧化层中的电场会更高,此时需要降低栅氧化层中的电场,避免栅氧化层被击穿,引发mos结构失效,对于既能降低栅氧化层中的电场,又能进一步的降低导通电阻,目前还没有公开的技术方案。


技术实现思路

1、有鉴于此,本发明的目的在于提供一种沟槽栅超结mos结构,以解决现有技术中既能降低栅氧化层中的电场,保护栅氧化层,又能进一步的降低导通电阻的技术问题。

2、本发明提供一种沟槽栅超结mos结构,包括:

3、第一导电类型衬底;

4、第一导电类型外延层,设置在所述第一导电类型衬底的正面;

5、第二导电类型体区,设置在所述第一导电类型外延层的正面且位于所述第一导电类型外延层内;

6、第二导电类型柱,至少设置有两个,从所述第一导电类型外延层的正面延伸至所述第一导电类型外延层;

7、沟槽栅结构,设置在相邻的两个所述第二导电类型柱之间且从所述第一导电类型外延层的正面往背面延伸;

8、第二导电类型掺杂柱,和所述沟槽栅结构对应设置,且设置在所述沟槽栅结构的背面并且往所述第一导电类型外延层背面延伸;

9、第一导电类型源区,设置在所述第二导电类型体区的正面且位于所述第二导电类型体区内。

10、可选地,所述沟槽栅结构包括开设在所述第一导电类型外延层正面的第一沟槽,所述第一沟槽内设置有栅极,所述栅极和所述第一沟槽的内壁之间设置有栅氧化层。

11、可选地,所述沟槽栅还包括设置在第一沟槽内的屏蔽栅,所述屏蔽栅与所述栅极以及所述第一沟槽内壁之间均设置有栅氧化层。

12、可选地,所述第一沟槽内的栅极可设置有一个或至少两个。

13、可选地,所述第一导电类型外延层包括依次堆叠设置在所述第一导电类型衬底上的第一层和第二层,所述第二导电类型柱从所述第二层的正面延伸至所述第一层内。

14、可选地,所述第一层的电阻率大于所述第二层的电阻率。

15、可选地,所述第二导电类型掺杂柱的宽度小于或者等于所述第一沟槽的宽度。

16、可选地,所述第二导电类型掺杂柱中的第二导电类型离子浓度大于所述第二导电类型体区中的第二导电类型离子浓度。

17、可选地,所述第二导电类型体区的正面设置有绝缘介质层,所述绝缘介质层内开设有多个金属接触通孔,多个所述金属接触通孔和所述第二导电类型柱对应设置并且与所述第二导电类型柱以及第一导电类型源区连通。

18、可选地,还包括:

19、正面金属层,设置在所述绝缘介质层的正面,且所述正面金属层位于所述金属接触通孔处部分往所述金属接触通孔内延伸,直至填充满所述金属接触通孔;

20、背面金属层,设置在所述第一导电类型衬底的背面。

21、本发明还提供一种沟槽栅超结mos结构的制备方法,包括以下步骤:

22、选取第一导电类型衬底,并在第一导电类型衬底正面生长第一导电类型外延层;

23、在第一导电类型外延层的正面,注入第二导电类型离子,并高温推进,形成第二导电类型体区;

24、通过光刻遮挡,在第一导电类型外延层的正面的部分区域,刻蚀出第二沟槽和第三沟槽;

25、在第二沟槽内填充形成第二导电类型柱,在第三沟槽内填充形成第二导电类型掺杂柱,并且进行选择性刻蚀,在第二导电类型掺杂柱的正面刻蚀出第一沟槽,在第一沟槽内沉积栅氧化层、栅极和屏蔽栅;

26、通过光刻遮挡,在第二导电类型体区的正面的部分区域内注入第一导电类型离子,并高温推进,形成第一导电类型源区;

27、在所述第一导电类型外延层具有第二导电类型体区一侧表面沉积绝缘介质层,并刻蚀所述绝缘介质层,形成金属接触通孔;

28、在所述绝缘介质层的正面沉积金属,并且填充金属接触通孔,形成正面金属层,并在所述第一导电类型衬底的背面沉积金属,形成背面金属层。

29、本发明的技术方案,具有如下优点:

30、本发明提供的沟槽栅超结mos结构,通过设置沟槽栅结构,相比较于传统的平面栅结构,能够降低导通电阻,同时设置了第二导电类型柱,基于电荷平衡技术,相同的耐压下,降低第一导电类型外延层的厚度,进一步降低了导通电阻,在这基础上,在沟槽栅结构下方的第一导电类型外延层内设置第二导电类型掺杂柱,能够对沟槽栅结构内的栅氧化层提供保护,降低栅氧化层中的电场,避免栅氧化层被击穿,引发mos结构失效,提高了器件可靠性,整个mos结构既能进一步的降低导通电阻,又能降低栅氧化层中的电场,保护栅氧化层。



技术特征:

1.一种沟槽栅超结mos结构,其特征在于,包括:

2.如权利要求1所述的沟槽栅超结mos结构,其特征在于,所述沟槽栅结构包括开设在所述第一导电类型外延层正面的第一沟槽,所述第一沟槽内设置有栅极,所述栅极和所述第一沟槽的内壁之间设置有栅氧化层。

3.如权利要求2所述的沟槽栅超结mos结构,其特征在于,所述沟槽栅还包括设置在第一沟槽内的屏蔽栅,所述屏蔽栅与所述栅极以及所述第一沟槽内壁之间均设置有栅氧化层。

4.如权利要求1所述的沟槽栅超结mos结构,其特征在于,所述第一导电类型外延层包括依次堆叠设置在所述第一导电类型衬底上的第一层和第二层,所述第二导电类型柱从所述第二层的正面延伸至所述第一层内。

5.如权利要求4所述的沟槽栅超结mos结构,其特征在于,所述第一层的电阻率大于所述第二层的电阻率。

6.如权利要求2所述的沟槽栅超结mos结构,其特征在于,所述第二导电类型掺杂柱的宽度小于或者等于所述第一沟槽的宽度。

7.如权利要求1所述的沟槽栅超结mos结构,其特征在于,所述第二导电类型掺杂柱中的第二导电类型离子浓度大于所述第二导电类型体区中的第二导电类型离子浓度。

8.如权利要求1-7任一所述的沟槽栅超结mos结构,其特征在于,所述第二导电类型体区的正面设置有绝缘介质层,所述绝缘介质层内开设有多个金属接触通孔,多个所述金属接触通孔和所述第二导电类型柱对应设置并且与所述第二导电类型柱以及第一导电类型源区连通。

9.如权利要求8所述的沟槽栅超结mos结构,其特征在于,还包括:

10.一种沟槽栅超结mos结构的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:


技术总结
本发明涉及一种沟槽栅超结MOS结构及制备方法,其包括第一导电类型衬底;第一导电类型外延层设置在所述第一导电类型衬底的正面;第二导电类型体区设置在第一导电类型外延层的正面且位于第一导电类型外延层内;第二导电类型柱至少设置有两个,从第一导电类型外延层的正面延伸至第一导电类型外延层;沟槽栅结构设置在相邻的两个第二导电类型柱之间且从第二导电类型外延层的正面往背面延伸;第二导电类型掺杂柱和沟槽栅结构对应设置,设置在沟槽栅结构的背面;第一导电类型源区设置在第二导电类型体区的正面且位于第二导电类型体区内,本发明具有既能进一步的降低导通电阻,又能降低栅氧化层中的电场,保护栅氧化层的效果。

技术研发人员:廖巍,华路佳
受保护的技术使用者:无锡旷通半导体有限公司
技术研发日:
技术公布日:2024/12/17
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