CN109244119A - 一种具有倒流纵向沟道的mos器件 - Google Patents
一种具有倒流纵向沟道的mos器件 Download PDFInfo
- Publication number
- CN109244119A CN109244119A CN201811111384.9A CN201811111384A CN109244119A CN 109244119 A CN109244119 A CN 109244119A CN 201811111384 A CN201811111384 A CN 201811111384A CN 109244119 A CN109244119 A CN 109244119A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- type semiconductor
- conductive type
- mos device
- electrode
- channel
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims description 60
- 210000000746 body region Anatomy 0.000 claims description 11
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 claims description 10
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- 239000004020 conductor Substances 0.000 claims description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 4
- 229910002601 GaN Inorganic materials 0.000 claims description 2
- JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N Gallium nitride Chemical compound [Ga]#N JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 230000005611 electricity Effects 0.000 claims description 2
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims description 2
- 238000002955 isolation Methods 0.000 claims 1
- 230000005684 electric field Effects 0.000 abstract description 4
- 238000005036 potential barrier Methods 0.000 abstract description 3
- 108091006146 Channels Proteins 0.000 description 26
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 238000000034 method Methods 0.000 description 4
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 2
- 108010075750 P-Type Calcium Channels Proteins 0.000 description 1
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000000137 annealing Methods 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 230000007812 deficiency Effects 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- 238000001465 metallisation Methods 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/06—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions
- H01L29/0684—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions characterised by the shape, relative sizes or dispositions of the semiconductor regions or junctions between the regions
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/06—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions
- H01L29/0603—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions characterised by particular constructional design considerations, e.g. for preventing surface leakage, for controlling electric field concentration or for internal isolations regions
- H01L29/0642—Isolation within the component, i.e. internal isolation
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/68—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
- H01L29/76—Unipolar devices, e.g. field effect transistors
- H01L29/772—Field effect transistors
- H01L29/78—Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Electrodes Of Semiconductors (AREA)
- Insulated Gate Type Field-Effect Transistor (AREA)
Abstract
本申请公开了一种具有倒流纵向沟道的MOS器件，通过引入倒流的（与器件整体电流方向相反的）纵向沟道，避免了器件底部电极高压偏置时MOS沟道的势垒降低和栅介质内部电场过高造成的失效。对于碳化硅MOS器件，具有倒流纵向沟道MOS器件的沟道迁移率大大高于横向沟道的MOS器件，同时具备更高的雪崩耐性和更强的短路特性。
Description
技术领域
本发明属于半导体器件技术领域，具体涉及一种具有倒流纵向沟道的MOS器件。
背景技术
第三代半导体产业中，碳化硅MOS器件的高耐压、高频开关特性可以使得大功率电力电子设备的效率大大提高，并同时缩小体积和减少重量。但是，由于碳化硅MOS沟道较低的横向沟道迁移率（<30cm2/V∙s）、较弱的雪崩耐性和短路特性，其应用推广一直受到了阻碍。学者们发现，碳化硅MOS沟道迁移率在不同的晶向上表现不一。其中，沿着与碳化硅晶格C轴平行的方向（纵向方向）上，沟道迁移率大大提高，可达到120 cm2/V∙s。所以，很多单位都致力于开发一款槽栅结构的碳化硅MOS器件，以解决上述沟道迁移率问题。但是，作为一种宽禁带半导体材料，碳化硅的击穿电场高达3MV/cm，使得现有技术的槽栅结构不能直接应用于碳化硅MOS器件。这是因为碳化硅的高电场会使得槽栅结构底部的介质层击穿，导致器件可靠性降低。同时，现有技术的槽栅结构的MOS器件中，由于沟道内电流方向与器件整体电流方向相同（一般而言，电流从芯片底部电极流向芯片顶部电极），沟道受到芯片底部高压电极的影响，造成势垒降低，导致短路电流过大并影响器件的短路工作中的可靠性。
发明内容
为了弥补现有技术的不足，本发明提出一种具有倒流纵向沟道的MOS器件。本发明通过引入倒流的（与器件整体电流方向相反的）纵向沟道，同时避免了MOS沟道的势垒降低和栅介质内部电场过高造成的失效。
本发明提供一种具有倒流纵向沟道的MOS器件，包括:
半导体底部区(101)，其正面和背面依次设有第一导电类型半导体漂移区(102)和第一电极(109)；
第一导电类型半导体漂移区(102)的顶层中央设有凸起台面(1021)，凸起台面(1021)外侧设有栅电极(106)，栅电极(106)被栅介质层(105)包围并形成电隔离；
凸起台面（1021）侧墙底部区域的第一导电类型半导体漂移区(102)内，设有与栅介质层(105)相接触的第二导电类型半导体沟道体区(103)；
第二导电类型半导体沟道体区(103)内部设有与栅介质层(105)相接触的第一导电类型半导体重掺杂区(105)；
栅电极（106）、栅介质层(105)、第二导电类型半导体沟道体区(103)在第一导电类型半导体漂移区(102)顶部凸起台面（1021）的侧墙处形成纵向MOS结构；
该纵向MOS结构反型时，在栅介质层(105)与第二导电类型半导体沟道体区(103)的界面上形成第一导电类型载流子沟道，将连接第一导电类型半导体重掺杂区(105)与第一导电类型半导体漂移区(102)形成电联接；
第二导电类型半导体沟道体区(103)、第一导电类型半导体重掺杂区(105)同时与欧姆接触层(107)形成等电位的电接触；
欧姆接触层（107）与第二电极（108）接触，形成等电位；
其中，所述第一导电类型载流子沟道在第一电极（109）与第二电极（108）施加正电压偏置时，第一导电类型载流子沟道内电流方向为纵向朝上，电流朝着远离第一电极（109）的方向流动。
进一步，所述半导体底部区（101）、第一导电类型半导体漂移区（102）、第二导电类型半导体沟道体区（103）、第一导电类型半导体重掺杂区（104）的材料为硅、碳化硅、氮化镓之中的其中一种。
进一步，所述凸起台面（1021）的侧墙与其顶部表面的夹角为80至110度。
进一步，所述的第一导电类型半导体为N型半导体，第二导电类型半导体为P型半导体。
进一步，所述的第一导电类型半导体为P型半导体，第二导电类型半导体为N型半导体。
进一步，所述的半导体底部区（101）的导电类型可以是第一导电类型和第二导电类型之中的一种。
附图说明
图1 为一种现有技术中的纵向沟道MOS器件的剖面结构示意图。
图2 为本发明的具有倒流纵向沟道的MOS器件的原胞结构剖面示意图。
图3为本发明的实施步骤一的剖面结构示意图。
图4为本发明的实施步骤二的剖面结构示意图。
图5为本发明的实施步骤三的剖面结构示意图。
图6 为本发明的实施例3的原胞结构剖面示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
本例中，为了得到一个具有倒流纵向沟道的N型碳化硅MOSFET，所述半导体采用4H-SiC，第一导电类型半导体为N型半导体，第二导电类型半导体为P型半导体，半导体底部区（101）的导电类型为N型。其加工步骤包括：
步骤一、通过离子注入，选着性地在N型漂移区(102)内，引入P型沟道体区(103)和其内部的N型重掺杂区(105)，如图3；
步骤二、通过刻蚀半导体材料，得到凸起台面（1021）并使得其侧墙底部处于N型重掺杂区(105)内部，如图4；
步骤三、通过氧化、淀积、刻蚀等工艺，得到栅电极（106）及其周围介质层（105），如图5；
步骤四、通过金属化和高温退火等工艺，得到欧姆接触层、第二电极（108）和第一电极（109），如图2。
实施例2
本例中，为了得到一个具有倒流纵向沟道的N型碳化硅IGBT，本例与实施例1不同的地方在于，半导体底部区（101）的导电类型为P型。
实施例3
本例与实施例1不同的地方在于，栅电极（106）被拆分成等电位的两段（2061）和（2062）且仅包围凸起平台（2021）的两侧侧墙，如图6。
Claims (6)
1.一种具有倒流纵向沟道的MOS器件，所述MOS器件的有源区原胞结构包含：
半导体底部区(101)，其正面和背面依次设有第一导电类型半导体漂移区(102)和第一电极(109)；
第一导电类型半导体漂移区(102)的顶层中央设有凸起台面(1021)，并在其两侧形成凹槽；
凸起台面(1021)外侧设有栅电极(106)，栅电极(106)被栅介质层(105)包围并形成电隔离；
凸起台面（1021）侧墙底部与凹槽底部区域的第一导电类型半导体漂移区(102)内，设有与栅介质层(105)相接触的第二导电类型半导体沟道体区(103)；
第二导电类型半导体沟道体区(103)内部设有与栅介质层(105)相接触的第一导电类型半导体重掺杂区(105)；
栅电极（106）、栅介质层(105)、第二导电类型半导体沟道体区(103)在第一导电类型半导体漂移区(102)顶部凸起台面（1021）的侧墙处形成纵向MOS结构；
该纵向MOS结构反型时，在栅介质层(105)与第二导电类型半导体沟道体区(103)的界面上形成第一导电类型载流子沟道，将连接第一导电类型半导体重掺杂区(105)与第一导电类型半导体漂移区(102)形成电联接；
第二导电类型半导体沟道体区(103)、第一导电类型半导体重掺杂区(105)同时与设置于凹槽底部平面的欧姆接触层(107)接触，形成等电位；
欧姆接触层（107）上方与第二电极（108）接触，形成等电位；
其特征在于，所述第一导电类型载流子沟道在第一电极（109）与第二电极（108）施加正电压偏置时，第一导电类型载流子沟道内电流方向为纵向朝上，电流朝着远离第一电极（109）的方向流动。
2.根据权利要求1所述的一种具有倒流纵向沟道的MOS器件，其特征在于：所述半导体底部区（101）、第一导电类型半导体漂移区（102）、第二导电类型半导体沟道体区（103）、第一导电类型半导体重掺杂区（104）的材料为硅、碳化硅、氮化镓之中的其中一种。
3.根据权利要求1所述的一种具有倒流纵向沟道的MOS器件，其特征在于：所述凸起台面（1021）的侧墙与所述凸起台面（1021）的顶部表面的夹角为80至110度。
4.根据权利要求1所述的一种具有倒流纵向沟道的MOS器件，其特征在于：所述的第一导电类型半导体为N型半导体，第二导电类型半导体为P型半导体。
5.根据权利要求1所述的一种具有倒流纵向沟道的MOS器件，其特征在于：所述的第一导电类型半导体为P型半导体，第二导电类型半导体为N型半导体。
6.根据权利要求1所述的一种具有倒流纵向沟道的MOS器件，其特征在于：所述的半导体底部区（101）的导电类型可以是第一导电类型和第二导电类型之中的一种。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201811111384.9A CN109244119A (zh) | 2018-09-23 | 2018-09-23 | 一种具有倒流纵向沟道的mos器件 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201811111384.9A CN109244119A (zh) | 2018-09-23 | 2018-09-23 | 一种具有倒流纵向沟道的mos器件 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN109244119A true CN109244119A (zh) | 2019-01-18 |
Family
ID=65057157
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201811111384.9A Pending CN109244119A (zh) | 2018-09-23 | 2018-09-23 | 一种具有倒流纵向沟道的mos器件 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN109244119A (zh) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20160260829A1 (en) * | 2015-03-03 | 2016-09-08 | Infineon Technologies Ag | Semiconductor Device with Trench Gate Structure Including a Gate Electrode and a Contact Structure for a Diode Region |
| CN108417617A (zh) * | 2018-02-27 | 2018-08-17 | 中国科学院半导体研究所 | 碳化硅沟槽型MOSFETs及其制备方法 |
| CN209119109U (zh) * | 2018-09-23 | 2019-07-16 | 黄兴 | 一种具有倒流纵向沟道的mos器件 |
-
2018
- 2018-09-23 CN CN201811111384.9A patent/CN109244119A/zh active Pending
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20160260829A1 (en) * | 2015-03-03 | 2016-09-08 | Infineon Technologies Ag | Semiconductor Device with Trench Gate Structure Including a Gate Electrode and a Contact Structure for a Diode Region |
| CN108417617A (zh) * | 2018-02-27 | 2018-08-17 | 中国科学院半导体研究所 | 碳化硅沟槽型MOSFETs及其制备方法 |
| CN209119109U (zh) * | 2018-09-23 | 2019-07-16 | 黄兴 | 一种具有倒流纵向沟道的mos器件 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US10153275B2 (en) | Method of operating an IGBT having switchable and non-switchable diode cells | |
| CN104347698B (zh) | 半导体装置 | |
| CN103872099B (zh) | 具有阶梯状边缘终端的半导体器件，以及用于制造半导体器件的方法 | |
| CN108389901A (zh) | 一种载流子存储增强型超结igbt | |
| US9825158B2 (en) | Insulated gate bipolar transistor | |
| CN102456717B (zh) | 半导体器件和用于制造半导体器件的方法 | |
| JP2000200906A5 (zh) | ||
| CN101233615A (zh) | 半导体元件和电气设备 | |
| CN105122458A (zh) | 半导体装置及其制造方法 | |
| CN111201611B (zh) | 具有高dv/dt能力的功率开关装置及制造这种装置的方法 | |
| CN109509789A (zh) | 半导体装置 | |
| US10490655B2 (en) | Insulated gate bipolar transistor (IGBT) with high avalanche withstand | |
| CN108336139A (zh) | 一种高雪崩耐量的深沟槽功率器件 | |
| CN115832039A (zh) | 一种逆导型igbt器件 | |
| CN112670340B (zh) | P型栅hemt器件 | |
| CN209119109U (zh) | 一种具有倒流纵向沟道的mos器件 | |
| CN113054015B (zh) | 碳化硅mosfet芯片 | |
| US10199490B2 (en) | Semiconductor device with a guard structure and corresponding methods of manufacture | |
| CN104600067B (zh) | 集成电路和制造集成电路的方法 | |
| CN108091682B (zh) | 一种高可靠性肖特基接触超级势垒整流器 | |
| JP2002026315A (ja) | 半導体装置 | |
| CN109244119A (zh) | 一种具有倒流纵向沟道的mos器件 | |
| CN115377070A (zh) | 一种低反向导通压降的SiC MOSFET器件 | |
| CN114784102A (zh) | 一种具有混合导电模式的ligbt | |
| CN112271213A (zh) | 低导通电阻的深沟槽mosfet器件结构 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |