CN209119109U - 一种具有倒流纵向沟道的mos器件 - Google Patents
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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
本实用新型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，本实用新型提出一种具有倒流纵向沟道的MOS器件。本实用新型通过引入倒流的（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。
本实用新型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(104)；
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(104)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(104)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 为本实用新型的一种实施例的原胞结构剖面示意图。
图3为本实用新型的实施步骤一的剖面结构示意图。
图4为本实用新型的实施步骤二的剖面结构示意图。
图5为本实用新型的实施步骤三的剖面结构示意图。
图6 为本实用新型的实施例3的原胞结构剖面示意图。
具体实施方式
为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本实用新型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实用新型，并不用于限定本实用新型。
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(104)；
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(104)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(104)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。
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| CN201821553806.3U CN209119109U (zh) | 2018-09-23 | 2018-09-23 | 一种具有倒流纵向沟道的mos器件 |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109244119A (zh) * | 2018-09-23 | 2019-01-18 | 黄兴 | 一种具有倒流纵向沟道的mos器件 |
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