[发明专利]碳化硅MOSFET器件的元胞结构、其制备方法及碳化硅MOSFET器件

说明书

本公开提供一种碳化硅MOSFET器件的元胞结构、其制备方法及碳化硅MOSFET器件，所述元胞结构包括：位于所述衬底上方的第一导电类型漂移层；其中，在元胞结构两侧，于所述漂移层表面向下设置有侧部沟槽，以在所述漂移层表面于所述元胞结构中心位置形成凸台；位于所述侧部沟槽下方的第二导电类型阱区；位于所述阱区表面内的第一导电类型源区；设置于所述漂移层内，且位于所述凸台的顶部和侧壁以及所述侧部沟槽的底部靠近所述凸台的一侧的下方的第二导电类型屏蔽区。屏蔽区的加入，可大幅降低阻断态下器件的栅极氧化层的电场应力，大幅提高长期使用的可靠性。而且屏蔽区对器件导通特性的影响很小，可实现良好的栅极氧化层的电场应力和导通电阻之间的折中关系。

技术领域

本公开涉及半导体器件技术领域，具体涉及一种碳化硅MOSFET器件的元胞结构、其制备方法及碳化硅MOSFET器件。

背景技术

碳化硅(SiC)是新型宽禁带半导体材料，具有出色的物理、化学和电性能。碳化硅的击穿电场强度是传统硅的10倍，导热率是硅的3倍，且具有更高的开关频率，可减小电路中储能元件的损耗和体积。理论上，SiC器件可以在600℃以上的高温环境下工作，且具有优异的抗辐射性能，大大提高了其高温稳定性。这使得基于碳化硅的功率半导体器件，在大功率和高温应用环境中非常具有吸引力和应用前景。其中，碳化硅金属氧化物半导体场效应管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，MOSFET)具有低导通电阻、开关速度快、耐高温等特点，在高压变频、新能源汽车、轨道交通等领域具有巨大的应用优势。

碳化硅功率器件在阻断状态时，由于碳化硅材料的高击穿电场，相对于硅器件，碳化硅功率器件的栅氧层承受着更高的电场应力，不利于器件使用的长期可靠性。传统的碳化硅MOSFET器件的元胞结构，如图1所示，其为平面栅结构，主要依靠缩短阱区103之间的距离，即缩短JFET区105的宽度来降低阻断态时栅极氧化层107的电场应力，这通常会损害器件的通流能力，导致芯片的导通电阻增大、导通损耗增大。

发明内容

针对上述问题，本公开提供了一种碳化硅MOSFET器件的元胞结构、其制备方法及碳化硅MOSFET器件，解决了现有技术中碳化硅MOSFET不能实现良好的栅极氧化层的电场应力与器件导通电阻之间的折中关系的技术问题。

第一方面，本公开提供一种碳化硅MOSFET器件的元胞结构，包括：

第一导电类型碳化硅衬底；

位于所述衬底上方的第一导电类型漂移层；其中，在元胞结构两侧，于所述漂移层表面向下设置有侧部沟槽，以在所述漂移层表面于所述元胞结构中心位置形成凸台；

设置于所述漂移层内且位于所述侧部沟槽下方的第二导电类型阱区；其中，所述侧部沟槽的底部靠近所述凸台的一侧未被所述阱区完全覆盖；

位于所述阱区表面内的第一导电类型源区；其中，所述阱区表面靠近所述凸台的一侧未被所述源区完全覆盖；

设置于所述漂移层内，且位于所述凸台的顶部和侧壁以及所述侧部沟槽的底部靠近所述凸台的一侧的下方的第二导电类型屏蔽区；其中，所述屏蔽区不与所述阱区接触；

位于所述漂移层上方，且覆盖所述凸台的顶部和侧壁并与所述阱区和所述源区接触的栅极氧化层；

位于所述栅极氧化层上方的栅极。

根据本公开的实施例，优选地，所述侧部沟槽的深度为0.5至1.0um；和/或

所述屏蔽区的离子掺杂浓度大于5E17cm^-3，所述屏蔽区的深度大于0.2um。

根据本公开的实施例，优选地，还包括：

与所述源区并排设置于所述阱区表面内且与所述源区远离所述凸台的一端接触的第二导电类型增强区；