[發明專利]多級瓣狀體區金屬氧化物半導體功率器件及其制作方法

有效

• 申請號: 202111015659.0
• 申請日: 2021-08-31
• 公開（公告）號: CN113707713B
• 公開（公告）日: 2023-06-30
• 發明（設計）人: 毛維;裴晨;王海永;楊翠;高北鸞;馬佩軍;杜鳴;趙勝雷;張進成;郝躍
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: H01L29/06
• 分類號: H01L29/06;H01L29/78;H01L21/336
• 代理公司: 陜西電子工業專利中心 61205
• 代理人: 王品華

本發明公開了一種多級瓣狀體區金屬氧化物半導體功率器件及其制作方法，主要解決傳統同類器件導通電阻、開關頻率及擊穿特性差的問題。其自下而上包括：漏極(11)、Nsupgt;+/supgt;型襯底(1)、Nsupgt;?/supgt;型外延層(2)；Nsupgt;?/supgt;型外延層(2)的中部為隔離槽(6)，該隔離槽內的上部為槽柵(8)；該Nsupgt;?/supgt;型外延層(2)上部依次為P型層(4)和Nsupgt;+/supgt;型層(5)；該槽柵及其側壁和部分Nsupgt;+/supgt;型層上部為鈍化介質(9)，該鈍化介質上部及側面包裹源極(10)；該Nsupgt;?/supgt;型外延層兩側為由m個瓣狀結構組成的瓣狀區(3)；該槽柵下部為由n個隔離塊構成的隔離柵(7)，兩者之間用絕緣介質隔開。本發明提升了器件的擊穿特性和開關特性，可作為電力電子系統的開關。

技術領域

本發明屬于半導體器件技術領域，特別涉及一種金屬氧化物半導體功率器件，可作為電力電子系統的開關。

技術背景

電力電子系統廣泛應用于消費電子、工業設備、汽車電子和航空航天系統等眾多領域，功率開關器件作為電力電子系統的重要元件，是實現能量轉換與控制的重要工具。因此，功率開關器件的性能和可靠性對整個電力電子系統的各項技術指標和性能有著決定性影響。

傳統槽柵型金屬氧化物半導體場效應管Trench?MOSFET，如圖1所示，其包括：N⁺型襯底、N^-型外延層、P型層、N⁺型層、隔離槽、槽柵、鈍化介質、源極、漏極。其中N^-型外延層上部為傳統P型層和N⁺型層，中部為隔離槽，在其中淀積槽柵，并且槽柵的下端要低于P型層的下端，在部分N⁺型層、深槽、槽柵上端淀積鈍化介質，源極完全覆蓋P型層、N⁺型層、鈍化介質以上的區域，漏極覆蓋N⁺型襯底。這種傳統槽柵型金屬氧化物半導體場效應管Trench?MOSFET器件中，溝道位于垂直于材料表面方向，用以實現更大的元胞密度和更小的比導通電阻。然而，該器件需要通過增加槽柵深度才能持續減小導通電阻，導致深的柵槽情況下器件柵極與漏極之間的電容顯著增大，從而衰減器件的開關頻率特性。此外，對于槽柵深度過大的情況，器件關態時電場容易聚集在柵槽底部兩側附近，從而導致器件提前擊穿，難以實現高擊穿電壓。因此，該傳統槽柵型金屬氧化物半導體場效應管Trench?MOSFET難以同時實現低導通電阻、快開關頻率和高擊穿電壓。

發明內容

本發明的目的在于針對上述現有技術的不足，在傳統槽柵型金屬氧化物半導體場效應管Trench?MOSFET器件的基礎上，提供一種多級瓣狀體區金屬氧化物半導體功率器件及其制作方法，以同時減小導通電阻、提高開關頻率和擊穿電壓，改善器件的功率開關特性。

為實現上述目的，本發明的技術方案是這樣實現的：

1.一種多級瓣狀體區金屬氧化物半導體功率器件，自下而上包括：漏極11、N⁺型襯底1、N^-型外延層2；N^-型外延層2的中部為隔離槽6，隔離槽6內的上部為槽柵8；隔離槽6兩側的N^-型外延層2上部依次為P型層4和N⁺型層5；該N⁺型層5的一部分和槽柵8及其側壁的絕緣介質上部為鈍化介質9，鈍化介質9上部及側面包裹有源極10；該源極10與P型層4的上部、部分N⁺型層5的上部電氣連接，其特征在于：

所述N^-型外延層2兩側為瓣狀區3，其由m個P型摻雜形成的斜面瓣狀結構組成，m≥2，各瓣狀結構均為圓弧形狀，且各瓣狀結構圓弧形狀的曲率中心位于同一條直線上；

所述隔離槽6內的槽柵8下部為隔離柵7，其由n個大小相同的隔離塊構成，各隔離塊水平放置且沿縱向排列，相鄰兩隔離塊之間的間距按照自下而上的方向逐漸減小，n≥2；頂部第n個隔離塊與源極10電氣連接；隔離柵7與槽柵8均采用導電材料，兩者之間用絕緣介質隔開。