[發(fā)明專利]低柵漏電荷的溝槽型功率半導(dǎo)體器件及其制備方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110032714.0
• 申請(qǐng)日: 2021-01-11
• 公開（公告）號(hào): CN112864249A
• 公開（公告）日: 2021-05-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 胡蓋;夏華秋;夏華忠;黃傳偉;李健;諸建周
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 江蘇東海半導(dǎo)體科技有限公司
• 主分類號(hào): H01L29/78
• 分類號(hào): H01L29/78;H01L29/423;H01L29/10;H01L21/336
• 代理公司: 無錫市大為專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 32104
• 代理人: 殷紅梅

本發(fā)明涉及一種低柵漏電荷的溝槽型功率半導(dǎo)體器件及其制備方法。其在元胞溝槽槽底的正下方設(shè)置非晶化區(qū)，所述非晶化區(qū)通過控制氫注入方法，將元胞溝槽底部的晶面取向相同的晶粒單晶硅轟擊成晶面取向不同的非晶化狀態(tài)，其晶體材料由于晶格損傷密度太大而發(fā)生非晶化轉(zhuǎn)變，從而通過熱氧化爐管工藝生長后，通過非晶化區(qū)能形成底部絕緣柵氧化層，底部絕緣柵氧化層的厚度為上部絕緣柵氧化層厚度的1.4倍，從而能增大了覆蓋元胞溝槽槽底絕緣柵氧化層的厚度，有效的增大了元胞溝槽底部的臺(tái)面寬度，減小了寄生電容的有效面積，從而減小了柵漏電荷Qgd，與現(xiàn)有工藝兼容。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種溝槽型功率半導(dǎo)體器件及其制備方法，尤其是一種低柵漏電荷的溝槽型功率半導(dǎo)體器件及其制備方法。

背景技術(shù)

隨著半導(dǎo)體集成電路的不斷發(fā)展，芯片尺寸不斷縮小，工作電壓也越來越小，因此，對(duì)電源管理的要求越來越高，尤其是低壓直流-直流降壓轉(zhuǎn)換的效率。高效率小體積開關(guān)模式的電源運(yùn)用普及，在PC、筆記本電腦領(lǐng)域，同時(shí)電動(dòng)車、油電混合車(新能源車)、快速充電、無線充電等領(lǐng)域應(yīng)用也正在快速興起。幾乎所有的這些領(lǐng)域使用的電源，都會(huì)用到功率MOSFET，而溝槽功率MOSFET器件則是這個(gè)大家庭的重要成員之一。溝槽功率MOSFET器件能夠在節(jié)省器件面積的同時(shí)也能得到較低的導(dǎo)通電阻，因而具備較低的導(dǎo)通損耗。但是隨著器件元胞密度的逐漸增加，溝道面積的增加，從而導(dǎo)致柵極電荷增大，從而影響器件的高頻特性及開關(guān)損耗。

眾所周知，功率MOSFET產(chǎn)品在應(yīng)用中，器件本身的功率損耗由導(dǎo)通損耗及開關(guān)損耗兩部分組成，而在高頻的工作環(huán)境中，功率損耗主要為開關(guān)損耗，開關(guān)損耗主要由器件柵氧電荷Qg決定。柵氧電荷Qg包括柵源電荷Qgs和柵漏電荷Qgd，功率MOSFET管在開和關(guān)兩種狀態(tài)轉(zhuǎn)換時(shí)，柵漏電荷Qgd的電壓變化遠(yuǎn)大于柵源電荷Qgs上的電壓變化，所以柵漏電荷Qgd對(duì)開關(guān)損耗影響較大。

對(duì)于高頻工作的功率MOSFET器件，需要更關(guān)心如何減小柵漏電荷Qgd來改善器件的開關(guān)特性。通常情況下，為了降低器件在高頻工作環(huán)境中的開關(guān)損耗，需要降低柵漏電荷Qgd，但也會(huì)導(dǎo)致器件特征導(dǎo)通電阻Rsp增大，即導(dǎo)通損耗增大。因此，在不損失導(dǎo)通電阻、電流能力的前提下，如何降低柵漏電荷Qgd顯得極為重要，也是目前的難題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，提供一種低柵漏電荷的溝槽型功率半導(dǎo)體器件及其制備方法，其能有效的增大了元胞溝槽底部的臺(tái)面寬度，減小了寄生電容的有效面積，從而減小柵漏電荷Qgd，與現(xiàn)有工藝兼容，安全可靠。

按照本發(fā)明提供的技術(shù)方案，所述低柵漏電荷的溝槽型功率半導(dǎo)體器件，在所述半導(dǎo)體器件的俯視平面上，包括位于半導(dǎo)體基板的有源區(qū)以及位于所述有源區(qū)外圈的終端保護(hù)區(qū)；在所述半導(dǎo)體器件的截面上，半導(dǎo)體基板具有第一主面以及與所述第一主面相對(duì)應(yīng)的第二主面，在所述第一主面與第二主面間包括第一導(dǎo)電類型襯底以及鄰接所述第一導(dǎo)電類型襯底的第一導(dǎo)電類型外延層，在第一導(dǎo)電類型外延層內(nèi)的上部設(shè)置第二導(dǎo)電類型阱層；有源區(qū)內(nèi)包括若干有源元胞，所述有源元胞采用溝槽結(jié)構(gòu)；

有源元胞包括元胞溝槽，所述元胞溝槽位于第二導(dǎo)電類型阱層內(nèi)，且元胞溝槽的槽底位于所述第二導(dǎo)電類型阱層下方的第一導(dǎo)電類型外延層內(nèi)；在元胞溝槽內(nèi)設(shè)置溝槽柵結(jié)構(gòu)，所述溝槽柵結(jié)構(gòu)包括溝槽柵絕緣氧化層以及填充在所述元胞溝槽內(nèi)的柵極導(dǎo)電多晶硅，柵極導(dǎo)電多晶硅通過溝槽柵絕緣氧化層與所在元胞溝槽的側(cè)壁與底壁絕緣隔離；

所述溝槽柵絕緣氧化層包括位于底部絕緣柵氧化層以及與所述底部絕緣柵氧化層連接的上部絕緣柵氧化層，底部絕緣柵氧化層覆蓋所在元胞溝槽的底壁，上部絕緣柵氧化層覆蓋元胞溝槽其余的側(cè)壁；所述底部絕緣柵氧化層的上端部位于第二導(dǎo)電類型阱層的下方，底部絕緣柵氧化層的厚度大于上部絕緣柵氧化層的厚度。

在元胞溝槽的槽口設(shè)置絕緣介質(zhì)層，所述絕緣介質(zhì)層覆蓋在元胞溝槽的槽口并支撐在第一主面上，在絕緣介質(zhì)層上設(shè)置源極金屬層，所述源極金屬層與第二導(dǎo)電類型阱層以及位于所述第二導(dǎo)電類型阱層內(nèi)的第一導(dǎo)電類型源區(qū)歐姆接觸；在第二導(dǎo)電類型阱層內(nèi)，第一導(dǎo)電類型源區(qū)與元胞溝槽外上方的側(cè)壁接觸。