[發明專利]溝槽柵功率MOSFET及其制造方法

有效

• 申請號: 202210888034.3
• 申請日: 2022-07-27
• 公開（公告）號: CN115084236B
• 公開（公告）日: 2022-11-22
• 發明（設計）人: 張永熙;陳偉;黃海濤
• 申請（專利權）人: 上海瞻芯電子科技有限公司
• 主分類號: H01L29/06
• 分類號: H01L29/06;H01L29/78;H01L21/336
• 代理公司: 上海華誠知識產權代理有限公司 31300
• 代理人: 肖華

本申請公開了一種溝槽柵功率MOSFET，包括：襯底，是具有第一導電類型的寬禁帶半導體的襯底；外延層，在襯底上生長，且具有第一導電類型；體區，在外延層上形成，且具有第二導電類型；溝槽，在體區內刻蝕形成，溝槽的長度方向平行于晶圓的所有晶向中一個選定的晶向在晶圓表面的投影；第二導電類型柱，通過將第一離子沿寬禁帶半導體材料的晶向注入溝槽的底部區域而形成，溝槽的底部區域位于溝槽下方且與溝槽底部相接，第二導電類型柱的縱向深度至少不小于位于溝槽的底部區域的外延層的厚度的50%；以及通過向溝槽中填入填充物而形成的溝槽柵。本發明的優點在于，可以提高溝槽型的MOSFET的電流能力和可靠性。

技術領域

本申請涉及半導體領域，特別涉及一種溝槽柵功率MOSFET及其制造方法。

背景技術

半導體器件例如功率MOSFET等已被廣泛應用于汽車電子、開關電源及工業控制等領域。為了不斷提高功率轉換效率和功率密度，設計高效的功率MOSFET等功率開關器件至關重要。功率MOSFET最重要的性能參數是特征導通電阻Rsp，漏極與源極間導通電阻的大小與功率MOSFET器件消耗的功率成正比。在相同的擊穿電壓下，對于相同導通電阻的器件，特征導通電阻越小，那么芯片面積也越小，功率MOSFET的寄生電容越低，從而降低了功率MOSFET在功率轉換過程中的開關損耗。溝槽柵和超級結結構的功率器件具有更低的導通電阻，從而有更低開關損耗及更快的開關速度，成為目前被廣泛應用的功率開關器件之一。然而目前溝槽柵和超級結結構的功率器件制造成本高，過程控制難度大。

發明內容

為了解決現有技術中的上述問題，本發明提供了一種溝槽柵功率MOSFET及其制造方法。

第一方面，本發明提供了一種溝槽柵功率MOSFET，所述溝槽柵功率MOSFET形成于一個晶圓中，包括：

襯底，所述襯底是具有第一導電類型的寬禁帶半導體材料的襯底；

外延層，所述外延層在所述襯底上生長，且具有所述第一導電類型；

體區，所述體區在所述外延層上形成，且具有第二導電類型；

溝槽，所述溝槽在所述體區內刻蝕形成，所述溝槽的長度方向平行于所述晶圓的所有晶向中溝道效應最明顯的晶向在所述晶圓表面的投影；

第二導電類型柱，所述第二導電類型柱通過將第一離子沿寬禁帶半導體材料的溝道效應最明顯的晶向注入所述溝槽的底部區域而形成，所述溝槽的底部區域位于所述溝槽下方且與所述溝槽底部相接，所述第二導電類型柱的縱向深度不小于位于所述溝槽的底部區域的所述外延層的厚度的50%；

溝槽柵，所述溝槽柵通過向所述溝槽中填入填充物而形成。

在上述第一方面的一種可能的實現中，上述功率溝槽柵功率MOSFET還包括：所述第二導電類型柱與所述體區之間還包括具有所述第二導電類型的連接體，所述連接體一端與所述體區電連接，所述連接體的另一端與所述第二導電類型柱電連接。

在上述第一方面的一種可能的實現中，上述功率溝槽柵功率MOSFET還包括：位于所述襯底下方的漏極、位于所述體區的中軸線上的柵極、位于所述柵極兩側的源極。

在上述第一方面的一種可能的實現中，上述功率溝槽柵功率MOSFET還包括：所述外延層為單外延層。

在上述第一方面的一種可能的實現中，上述功率溝槽柵功率MOSFET還包括：所述外延層包括第一外延層和第二外延層，所述第一外延層位于所述第二外延層的下方；所述第一外延層的厚度小于所述第二外延層的厚度；所述第一外延層的摻雜濃度小于所述第二外延層的摻雜濃度；所述溝槽的底部及所述第二導電類型柱位于所述第二外延層內，所述第二導電類型柱的縱向深度不小于位于所述溝槽的底部區域的所述第二外延層的厚度的50%。

在上述第一方面的一種可能的實現中，上述功率溝槽柵功率MOSFET還包括：所述寬禁帶半導體材料為碳化硅。