[發明專利]碳化硅MOSFET器件的元胞結構、其制備方法及碳化硅MOSFET器件

有效

• 申請號: 202010591568.0
• 申請日: 2020-06-24
• 公開（公告）號: CN111933685B
• 公開（公告）日: 2022-09-09
• 發明（設計）人: 王亞飛;陳喜明;李誠瞻;羅海輝
• 申請（專利權）人: 株洲中車時代半導體有限公司
• 主分類號: H01L29/06
• 分類號: H01L29/06;H01L29/78;H01L21/336
• 代理公司: 北京聿宏知識產權代理有限公司 11372
• 代理人: 吳大建;金淼

本公開提供一種碳化硅MOSFET器件的元胞結構、其制備方法及碳化硅MOSFET器件，所述元胞結構包括：位于所述襯底上方的第一導電類型漂移層；其中，在元胞結構兩側，于所述漂移層表面向下設置有側部溝槽，以在所述漂移層表面于所述元胞結構中心位置形成凸臺；位于所述側部溝槽下方的第二導電類型阱區；位于所述阱區表面內的第一導電類型源區；設置于所述漂移層內，且位于所述凸臺的頂部和側壁以及所述側部溝槽的底部靠近所述凸臺的一側的下方的第二導電類型屏蔽區。屏蔽區的加入，可大幅降低阻斷態下器件的柵極氧化層的電場應力，大幅提高長期使用的可靠性。而且屏蔽區對器件導通特性的影響很小，可實現良好的柵極氧化層的電場應力和導通電阻之間的折中關系。

技術領域

本公開涉及半導體器件技術領域，具體涉及一種碳化硅MOSFET器件的元胞結構、其制備方法及碳化硅MOSFET器件。

背景技術

碳化硅(SiC)是新型寬禁帶半導體材料，具有出色的物理、化學和電性能。碳化硅的擊穿電場強度是傳統硅的10倍，導熱率是硅的3倍，且具有更高的開關頻率，可減小電路中儲能元件的損耗和體積。理論上，SiC器件可以在600℃以上的高溫環境下工作，且具有優異的抗輻射性能，大大提高了其高溫穩定性。這使得基于碳化硅的功率半導體器件，在大功率和高溫應用環境中非常具有吸引力和應用前景。其中，碳化硅金屬氧化物半導體場效應管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，MOSFET)具有低導通電阻、開關速度快、耐高溫等特點，在高壓變頻、新能源汽車、軌道交通等領域具有巨大的應用優勢。

碳化硅功率器件在阻斷狀態時，由于碳化硅材料的高擊穿電場，相對于硅器件，碳化硅功率器件的柵氧層承受著更高的電場應力，不利于器件使用的長期可靠性。傳統的碳化硅MOSFET器件的元胞結構，如圖1所示，其為平面柵結構，主要依靠縮短阱區103之間的距離，即縮短JFET區105的寬度來降低阻斷態時柵極氧化層107的電場應力，這通常會損害器件的通流能力，導致芯片的導通電阻增大、導通損耗增大。

發明內容

針對上述問題，本公開提供了一種碳化硅MOSFET器件的元胞結構、其制備方法及碳化硅MOSFET器件，解決了現有技術中碳化硅MOSFET不能實現良好的柵極氧化層的電場應力與器件導通電阻之間的折中關系的技術問題。

第一方面，本公開提供一種碳化硅MOSFET器件的元胞結構，包括：

第一導電類型碳化硅襯底；

位于所述襯底上方的第一導電類型漂移層；其中，在元胞結構兩側，于所述漂移層表面向下設置有側部溝槽，以在所述漂移層表面于所述元胞結構中心位置形成凸臺；

設置于所述漂移層內且位于所述側部溝槽下方的第二導電類型阱區；其中，所述側部溝槽的底部靠近所述凸臺的一側未被所述阱區完全覆蓋；

位于所述阱區表面內的第一導電類型源區；其中，所述阱區表面靠近所述凸臺的一側未被所述源區完全覆蓋；

設置于所述漂移層內，且位于所述凸臺的頂部和側壁以及所述側部溝槽的底部靠近所述凸臺的一側的下方的第二導電類型屏蔽區；其中，所述屏蔽區不與所述阱區接觸；

位于所述漂移層上方，且覆蓋所述凸臺的頂部和側壁并與所述阱區和所述源區接觸的柵極氧化層；

位于所述柵極氧化層上方的柵極。

根據本公開的實施例，優選地，所述側部溝槽的深度為0.5至1.0um；和/或

所述屏蔽區的離子摻雜濃度大于5E17cm^-3，所述屏蔽區的深度大于0.2um。

根據本公開的實施例，優選地，還包括：

與所述源區并排設置于所述阱區表面內且與所述源區遠離所述凸臺的一端接觸的第二導電類型增強區；