CN212303675U - 一种高压mosfet器件的元胞结构及应用其的高压mosfet器件 - Google Patents

Abstract

本实用新型实施例公开了一种高压MOSFET器件的元胞结构及应用其的高压MOSFET器件，其中每个元胞结构的第一导电类型碳化硅衬底上设有第一导电类型的碳化硅外延层；第一导电类型的碳化硅外延层中分别注入设有第二导电类型体区、第二导电类型基区和第一导电类型源区、电流加强注入区，其中注入第二导电类型基区时采用倾斜注入，斜注入后第二导电类型基区在上表面靠近掩蔽层端形成圆弧型注入形貌；第一导电类型的碳化硅外延层上方设有栅氧化层，并设有栅极；第一导电类型的碳化硅外延层上方淀积设有隔离介质，在接触源区处开口，并蒸发设有欧姆接触金属和源极加厚金属形成的源极；晶圆正面淀积设有钝化层，并设有刻蚀开孔露出的金属电极。

Description

一种高压MOSFET器件的元胞结构及应用其的高压MOSFET器件

技术领域

本实用新型属于半导体技术领域，具体涉及一种高压MOSFET器件的元胞结构及应用其的高压MOSFET器件。

背景技术

碳化硅(SiC)是目前发展最快的宽禁带功率半导体材料，使用碳化硅材料制作的MOS场效应晶体管功率器件比Si器件能够承受更高的电压和更快的开关速度。但碳化硅MOS制作工艺复杂，制作周期长，特备是沟道的制备复杂度高，大大限制了SiC器件的应用。

传统碳化硅制造形成沟道时采用垂直注入，与硅材料中斜注入原理不同的是，注入离子在碳化硅中几乎没有扩散现象，即使经过高温退火工艺也不会像在硅材料中扩散。这使得垂直注入的沟道非常窄，很容易耗尽，使得阈值电压降低。因此，现有技术采用两种沟道定义方法：第一种方法在第二导电类型基区注入后，保留掩蔽层各向同性生长多晶硅，之后各向异性刻蚀，形成新的掩蔽层后再注入第一导电类型源区。这种方法的好处在于也可以使用一张光刻板定义沟道，但是需要两次精准垂直刻蚀掩蔽层，增加了工艺难度。第二种方法是使用poly作为第二导电类型基区的掩蔽层，注入之后氧化poly，使得poly氧化膨胀形成第二层掩蔽层。这种方法可以使用一张光刻板定义沟道，但是poly氧化时间长，通常需要十几小时，氧化后的形貌也不容易控制。

实用新型内容

鉴于以上存在的技术问题，本实用新型用于提供一种高压MOSFET器件的元胞结构及应用其的高压MOSFET器件。

为解决上述技术问题，本实用新型采用如下的技术方案：

本实用新型实施例的一方面提供一种高压MOSFET器件的元胞结构，包括第一导电类型碳化硅衬底、第一导电类型的碳化硅外延层、两个源极、一个栅极、一个栅氧化层、漏极和隔离介质：

第一导电类型碳化硅衬底上设有第一导电类型的碳化硅外延层；

第一导电类型的碳化硅外延层中分别注入设有第二导电类型体区、第二导电类型基区和第一导电类型源区、电流加强注入区，其中注入第二导电类型基区时采用倾斜注入，斜注入后第二导电类型基区在上表面靠近掩蔽层端形成圆弧型注入形貌；

第一导电类型的碳化硅外延层上方设有栅氧化层，并设有栅极；

第一导电类型的碳化硅外延层上方淀积设有隔离介质，在接触源区处开口，并蒸发设有欧姆接触金属和源极加厚金属形成的源极；

晶圆正面淀积设有钝化层，并设有刻蚀开孔露出的金属电极；

第一导电类型碳化硅衬底下方蒸发金属设有漏极。

优选地，所述第一导电类型为N型，所述第二导电类型为P型。

优选地，所述第一导电类型为P型，所述第二导电类型为N型。

优选地，第一导电类型的碳化硅外延层厚度为5～250um。

优选地，第一导电类型源区靠近第二导电类型基区形成圆弧形注入形貌。

优选地，栅极和漏极由Ti、Ni、Mo、Pt、Si、Ge、Al、TiN、W、TiW、Au之中的至少一种组成。

本实用新型实施例的又一方面提供了一种高压MOSFET器件，包含有多个上述的高压MOSFET器件的元胞结构。

采用本实用新型具有如下的有益效果：在注入第二导电类型基区和第一导电类型源区时，采用自对准方式使用同一层注入掩蔽层，缩短了期间的制作周期；通过使用斜注入，第二导电类型基区在上表面靠近掩蔽层端形成圆弧型注入形貌，第二导电类型基区和第一导电类型源区形成沟道，形成的沟道可以通过调节注入倾角调节沟道的宽度，从而易于得到更短的沟道，缩小元胞尺寸，从而进一步减小导通电阻。

附图说明

图1为本实用新型实施例的高压MOSFET器件的元胞结构的结构示意图；

图2为本实用新型实施例的高压MOSFET器件的又一元胞结构的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

图1所示为本实用新型实施例的高压MOSFET器件的元胞结构示意图，每个元胞包括第一导电类型碳化硅衬底001、第一导电类型的碳化硅外延层002、两个源极010、一个栅极008、一个栅氧化层007、漏极003和隔离介质009：第一导电类型碳化硅衬底001上设有第一导电类型的碳化硅外延层002；第一导电类型的碳化硅外延层002中分别注入设有第二导电类型体区005、第二导电类型基区004和第一导电类型源区006、电流加强注入区011，其中注入第二导电类型基区004时采用倾斜注入，斜注入后第二导电类型基区004在上表面靠近掩蔽层端形成圆弧型注入形貌；第一导电类型的碳化硅外延层上方设有栅氧化层007，并设有栅极008；第一导电类型的碳化硅外延层002上方淀积设有隔离介质009，在接触源区处开口，并蒸发设有欧姆接触金属和源极加厚金属形成的源极010；晶圆正面淀积设有钝化层，并设有刻蚀开孔露出的金属电极；第一导电类型碳化硅衬底001下方蒸发金属设有漏极003。

具体应用实例中，当第一导电类型为N型时，第二导电类型为P型。当第一导电类型为P型时，第二导电类型为N型。

第一导电类型的碳化硅外延层002厚度为5～250um，掺杂浓度为1×10¹⁵cm^-3-3×10¹⁶cm^-3。

第二导电类型基区004倾斜注入时，离子束和晶圆片的夹角为0～90℃，掺杂浓度为1×10¹⁶cm^-3-1×10¹⁸cm^-3，斜注入次数至少一次，斜注入后第二导电类型基区004在上表面靠近掩蔽层端形成圆弧型注入形貌。

进一步的，参见图2，第一导电类型源区006采用倾斜注入时，离子束和晶圆片法向方向的夹角θ为0～60℃，掺杂浓度为1×10¹⁷cm^-3-1×10²⁰cm^-3，注入次数至少一次，第一导电类型源区006和第二导电类型基区004的注入能量和注入倾斜角不同，第二导电类型基区004和第一导电类型源区006形成沟道，第一导电类型源区006靠近第二导电类型基区004形成圆弧形注入形貌。

本实用新型又一实施例提供一种高压MOSFET器件，其包含有多个上述的元胞结构。因本实用新型并不涉及对高压MOSFET器件的结终端区的结构改进，故此处不予详述。

应当理解，本文所述的示例性实施例是说明性的而非限制性的。尽管结合附图描述了本实用新型的一个或多个实施例，本领域普通技术人员应当理解，在不脱离通过所附权利要求所限定的本实用新型的精神和范围的情况下，可以做出各种形式和细节的改变。

Claims (6)

1.一种高压MOSFET器件的元胞结构，其特征在于，包括第一导电类型碳化硅衬底(001)、第一导电类型的碳化硅外延层(002)、两个源极(010)、一个栅极(008)、一个栅氧化层(007)、漏极(003)和隔离介质(009)：

第一导电类型碳化硅衬底(001)上设有第一导电类型的碳化硅外延层(002)；

第一导电类型的碳化硅外延层(002)中分别注入设有第二导电类型体区(005)、第二导电类型基区(004)和第一导电类型源区(006)、电流加强注入区(011)，其中注入第二导电类型基区(004)时采用倾斜注入，斜注入后第二导电类型基区(004)在上表面靠近掩蔽层端形成圆弧型注入形貌；

第一导电类型的碳化硅外延层上方设有栅氧化层(007)，并设有栅极(008)；

第一导电类型的碳化硅外延层(002)上方淀积设有隔离介质(009)，在接触源区处开口，并蒸发设有欧姆接触金属和源极加厚金属形成的源极(010)；

晶圆正面淀积设有钝化层，并设有刻蚀开孔露出的金属电极；

第一导电类型碳化硅衬底(001)下方蒸发金属设有漏极(003)。

2.如权利要求1所述的高压MOSFET器件的元胞结构，其特征在于，所述第一导电类型为N型，所述第二导电类型为P型。

3.如权利要求1所述的高压MOSFET器件的元胞结构，其特征在于，所述第一导电类型为P型，所述第二导电类型为N型。

4.如权利要求1至3任一所述的高压MOSFET器件的元胞结构，其特征在于，第一导电类型的碳化硅外延层(002)厚度为5～250um。

5.如权利要求1所述的高压MOSFET器件的元胞结构，其特征在于，第一导电类型源区(006)靠近第二导电类型基区(004)形成圆弧形注入形貌。

6.一种高压MOSFET器件，其特征在于，包含有多个如权利要求1至5 任一所述的高压MOSFET器件的元胞结构。

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