[发明专利]具有双平行沟道结构的半导体器件及其制造方法

说明书

一种半导体器件，包括：基板，具有掺杂成第一导电类型的漂移区；沟槽，通过垂直地蚀刻基板的上表面而形成；栅极，沿着沟槽的侧壁布置；栅氧化物层，布置在沟槽的侧壁与栅极之间以及在沟槽的底表面与栅极之间；第一导电类型的第一源极区，形成在基板的上表面上；第一导电类型的第二源极区，形成在沟槽的底表面上；第一阱区，形成在第一源极区与漂移区之间；以及第二阱区，形成在第二源极区与漂移区之间，其中第一和第二阱区被掺杂成第二导电类型，该第二导电类型与第一导电类型电学上相反。

技术领域

本发明公开了具有双平行沟道结构的半导体器件及其制造方法，更具体地，公开了具有能够降低通导电阻并防止大电场施加到在栅极下面的栅氧化物层的双平行沟道结构的高功率半导体器件及其制造方法。

背景技术

在用于接收将转换为多个器件所需的电压或将被分配的主电力的电力转换系统中，功率开关器件的功能是重要的。例如，通过基于半导体材料（诸如硅、GaN或SiC）的晶体管，例如金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET），可以实现功率开关器件。功率开关器件需要具有高的击穿电压。为了获得通导电阻减小、高密度集成和快速切换的特性，正在进行对于功率开关器件的大量研究。

例如，沟槽栅极结构的场效应晶体管（FET）在大电流和高密度集成方面是有利的，在该沟槽栅极结构的FET中垂直地形成沟槽并且栅氧化物层和栅极形成在沟槽中。然而，在沟槽栅极结构的FET中，由于在栅极下面的栅氧化物层暴露于漏极，该漏极形成在基板下面，所以当在截止状态下高电压施加到漏极时，大的电场集中到在栅极下面的栅氧化物层。因此，在达到击穿电压之前，绝缘击穿会通过栅氧化物层而产生。

另一方面，由于低的沟道迁移率，导致难以将使用SiC的MOSFET投入商业使用。因此，例如，正在进行通过氮化工艺改善迁移率的研究。然而，由于阈值电压随着迁移率增大而降低，所以存在对于改善迁移率的限制。

发明内容

提供了一种大功率半导体器件，其具有能够使阈值电压的降低最小化、减小通导电阻和防止大电场施加到在其下面的栅氧化物层的双平行沟道结构。

此外，提供了一种制造该大功率半导体器件的方法。

根据实施方式，可以提供一种半导体器件，其包括：基板，具有掺杂成第一导电类型的漂移区；沟槽，通过垂直地蚀刻基板的上表面而形成；栅极，沿着沟槽的侧壁布置；栅氧化物层，布置在沟槽的侧壁与栅极之间以及在沟槽的底表面与栅极之间；第一导电类型的第一源极区，形成在基板的上表面上；第一导电类型的第二源极区，形成在沟槽的底表面上；第一阱区，形成在第一源极区与漂移区之间；以及第二阱区，形成在第二源极区与漂移区之间，其中第一和第二阱区被掺杂成第二导电类型，该第二导电类型与第一导电类型电学上相反。

半导体器件可以还包括：漏电极，布置在基板的下表面上；源电极，形成在基板上和在沟槽中以电连接到第一和第二源极区；以及层间绝缘层，覆盖栅极和栅氧化物层，使得栅极和栅氧化物层不接触源电极。

半导体器件可以还包括：第一欧姆接触层，布置在第一阱区与源电极之间以在源电极与第一源极区之间提供欧姆接触；以及第二欧姆接触层，布置在第二源极区的中心部以邻近第二源极区，从而在源电极与第二源极区之间提供欧姆接触。

第一欧姆接触层可以布置在第一阱区上以邻近第一源极区。第二欧姆接触层可以布置在第二阱区上以邻近第二源极区。

第一和第二欧姆接触层可以被第二导电类型掺杂。

基板可以包括下部区域和形成在下部区域上的漂移区。下部区域和漂移区可以被掺杂成第一导电类型，漂移区的掺杂浓度可以比下部区域的掺杂浓度低。

基板的下部区域可以被N+掺杂，漂移区可以被N掺杂。

栅极可以沿着沟槽的侧壁形成为圆环形或多边环形，或者线形。