可调的SGT功率器件及其制备方法与流程

专利检索2026-09-23  13


本申请涉及半导体,具体涉及一种可调的sgt功率器件及其制备方法。


背景技术:

1、在半导体制造工艺中,sgt(shield gate trench) mosfet是一种新型的功率半导体器件,在中低压领域具有传统深沟槽mosfet的低导通损耗的优点,同时具有更低的开关损耗,sgt mosfet作为开关器件应用于新能源电动车、新型光伏发电、节能家电等领域的电机驱动系统、逆变器系统及电源管理系统,是核心功率控制部件。相关技术中的sgt mosfet器件,多为单一结构设计,使得其如栅电容等设计参数比较固定,应用场景也比较单一,这种情况需要改变。


技术实现思路

1、鉴于此,本申请提供一种可调的sgt功率器件及其制备方法,以解决上述问题。

2、为实现以上目的,根据第一方面,采用的技术方案为:

3、一种可调的sgt功率器件,包括:

4、半导体衬底,所述半导体衬底上形成有外延层;

5、沟槽结构,所述沟槽结构包括源极沟槽组、栅极沟槽组以及切换沟槽组,所述源极沟槽组设于所述外延层的元胞区内,所述栅极沟槽组对称排列于所述源极沟槽组的侧边,所述切换沟槽组设于所述源极沟槽组上且位于所述栅极沟槽组之间,所述源极沟槽组与所述栅极沟槽组和所述切换沟槽组之间填充有厚氧氧化层;

6、元胞体区,所述元胞体区设于所述半导体衬底上,且位于相邻的所述沟槽结构之间;

7、元胞源区,所述元胞源区设于所述半导体衬底上,且对应排布在所述元胞体区的上表面;

8、接触孔,所述接触孔位于相邻的所述沟槽结构之间的中心处,且贯穿所述元胞源区后探入至所述元胞体区内。

9、本申请进一步设置为:所述源极沟槽组包括第一沟槽、源极多晶硅以及场氧氧化层,所述第一沟槽开设于所述外延层的元胞区,所述场氧氧化层形成于所述第一沟槽内,所述源极多晶硅沉积在所述场氧氧化层上,所述厚氧氧化层位于所述第一沟槽内且覆盖所述源极多晶硅。

10、本申请进一步设置为:所述栅极沟槽组包括第二沟槽、栅极多晶硅以及栅氧氧化层,所述第二沟槽对称设于所述半导体衬底上且靠近所述第一沟槽的侧边,所述栅氧氧化层形成于所述第二沟槽内,所述栅极多晶硅沉积在所述第二沟槽中。

11、本申请进一步设置为:所述切换沟槽组包括第三沟槽以及切换多晶硅,所述第三沟槽开设于所述厚氧氧化层上,所述第三沟槽位于所述源极多晶硅上方且排列于所述第二沟槽之间,所述切换多晶硅沉积在所述第三沟槽中。

12、本申请进一步设置为:所述栅极多晶硅和所述切换多晶硅与所述半导体衬底的顶面平齐,所述源极多晶硅与所述半导体衬底的顶面具有设定回刻高度。

13、本申请进一步设置为:所述半导体衬底上设有层间介质层,所述层间介质层覆盖所述源极沟槽组、所述栅极沟槽组以及所述切换沟槽组,所述接触孔内部沉积有合金引出层,所述接触孔贯穿所述层间介质层以及所述元胞源区后探入至所述元胞体区内。

14、本申请进一步设置为:还包括正面金属层以及背面金属层,所述正面金属层设于所述半导体衬底的顶面,且覆盖所述层间介质层,所述背面金属层设于所述半导体衬底背离所述正面金属层的一侧。

15、本申请进一步设置为:所述源极沟槽组连接有源极金属垫层,所述栅极沟槽组连接有栅极金属垫层,所述切换沟槽组连接有可调金属垫层,所述可调金属垫层与所述源极金属垫层或所述栅极金属垫层连接。

16、根据第二方面,采用的技术方案为:

17、一种可调的sgt功率器件制备方法,包括:

18、提供一半导体衬底,在所述半导体衬底上形成外延层;

19、在所述外延层的元胞区内刻蚀得到若干个第一沟槽,在所述第一沟槽内形成场氧氧化层,以及在所述第一沟槽内沉积源极多晶硅并一次回刻;

20、在一次回刻后的所述源极多晶硅上沉积得到厚氧氧化层,分别在所述半导体衬底和所述厚氧氧化层上同步刻蚀得到第二沟槽和第三沟槽,在所述第二沟槽内形成栅氧氧化层,以及同步在所述第二沟槽内沉积栅极多晶硅,在所述第三沟槽内沉积切换多晶硅,以形成沟槽结构;

21、自对准所述沟槽结构,通过离子注入并退火工艺先后在所述半导体衬底上形成元胞体区和元胞源区;

22、在所述半导体衬底上形成接触孔,所述接触孔位于相邻的所述沟槽结构之间的中心处,且贯穿所述元胞源区后探入至所述元胞体区内。

23、本申请进一步设置为:具有所述源极多晶硅和所述场氧氧化层的所述第一沟槽构成源极沟槽组,具有所述栅极多晶硅和所述栅氧氧化层的所述第二沟槽构成栅极沟槽组,具有所述切换多晶硅的所述第三沟槽构成切换沟槽组,所述源极沟槽组连接有源极金属垫层,所述栅极沟槽组连接有栅极金属垫层,所述切换沟槽组连接有可调金属垫层,所述可调金属垫层与所述源极金属垫层或所述栅极金属垫层连接。

24、综上所述,与现有技术相比,本申请公开了一种可调的sgt功率器件及其制备方法,半导体衬底上形成有外延层,包括源极沟槽组、栅极沟槽组以及切换沟槽组的沟槽结构设于外延层的元胞区内,栅极沟槽组对称排列于源极沟槽组的侧边,切换沟槽组设于源极沟槽组上且位于栅极沟槽组之间,源极沟槽组与栅极沟槽组和切换沟槽组之间填充有厚氧氧化层,元胞体区设于半导体衬底上且位于相邻的沟槽结构之间,元胞源区设于半导体衬底上且对应排布在元胞体区的上表面,接触孔位于相邻的沟槽结构之间的中心处且贯穿元胞源区后探入至元胞体区内,即通过上述设置,切换沟槽组可通过金属层选择与源极沟槽组或栅极沟槽组连接,从而可以根据实际场景切换sgt结构形貌,提高sgt功率器件的应用范围。



技术特征:

1.一种可调的sgt功率器件,其特征在于,包括:

2.如权利要求1所述的可调的sgt功率器件,其特征在于,所述源极沟槽组包括第一沟槽、源极多晶硅以及场氧氧化层,所述第一沟槽开设于所述外延层的元胞区,所述场氧氧化层形成于所述第一沟槽内,所述源极多晶硅沉积在所述场氧氧化层上,所述厚氧氧化层位于所述第一沟槽内且覆盖所述源极多晶硅。

3.如权利要求2所述的可调的sgt功率器件,其特征在于,所述栅极沟槽组包括第二沟槽、栅极多晶硅以及栅氧氧化层,所述第二沟槽对称设于所述半导体衬底上且靠近所述第一沟槽的侧边,所述栅氧氧化层形成于所述第二沟槽内,所述栅极多晶硅沉积在所述第二沟槽中。

4.如权利要求3所述的可调的sgt功率器件,其特征在于,所述切换沟槽组包括第三沟槽以及切换多晶硅,所述第三沟槽开设于所述厚氧氧化层上,所述第三沟槽位于所述源极多晶硅上方且排列于所述第二沟槽之间,所述切换多晶硅沉积在所述第三沟槽中。

5.如权利要求4所述的可调的sgt功率器件,其特征在于,所述栅极多晶硅和所述切换多晶硅与所述半导体衬底的顶面平齐,所述源极多晶硅与所述半导体衬底的顶面具有设定回刻高度。

6.如权利要求1所述的可调的sgt功率器件,其特征在于,所述半导体衬底上设有层间介质层,所述层间介质层覆盖所述源极沟槽组、所述栅极沟槽组以及所述切换沟槽组,所述接触孔内部沉积有合金引出层,所述接触孔贯穿所述层间介质层以及所述元胞源区后探入至所述元胞体区内。

7.如权利要求6所述的可调的sgt功率器件,其特征在于,还包括正面金属层以及背面金属层,所述正面金属层设于所述半导体衬底的顶面,且覆盖所述层间介质层,所述背面金属层设于所述半导体衬底背离所述正面金属层的一侧。

8.如权利要求1所述的可调的sgt功率器件,其特征在于,所述源极沟槽组连接有源极金属垫层,所述栅极沟槽组连接有栅极金属垫层,所述切换沟槽组连接有可调金属垫层,所述可调金属垫层与所述源极金属垫层或所述栅极金属垫层连接。

9.一种可调的sgt功率器件制备方法,其特征在于,包括:

10.如权利要求9所述的可调的sgt功率器件制备方法,其特征在于,具有所述源极多晶硅和所述场氧氧化层的所述第一沟槽构成源极沟槽组,具有所述栅极多晶硅和所述栅氧氧化层的所述第二沟槽构成栅极沟槽组,具有所述切换多晶硅的所述第三沟槽构成切换沟槽组,所述源极沟槽组连接有源极金属垫层,所述栅极沟槽组连接有栅极金属垫层,所述切换沟槽组连接有可调金属垫层,所述可调金属垫层与所述源极金属垫层或所述栅极金属垫层连接。


技术总结
本申请涉及半导体技术领域,公开了一种可调的SGT功率器件及其制备方法,可调的SGT功率器件包括:半导体衬底上形成有外延层;沟槽结构包括源极沟槽组、栅极沟槽组以及切换沟槽组,源极沟槽组设于外延层的元胞区内,栅极沟槽组对称排列于源极沟槽组的侧边,切换沟槽组设于源极沟槽组上且位于栅极沟槽组之间,源极沟槽组与栅极沟槽组和切换沟槽组之间填充有厚氧氧化层;元胞体区设于半导体衬底上,且位于相邻的沟槽结构之间;元胞源区设于半导体衬底上,且对应排布在元胞体区的上表面;接触孔位于相邻的沟槽结构之间的中心处。本申请可以根据实际场景切换SGT结构形貌,提高SGT功率器件的应用范围。

技术研发人员:杨天翠,李伟聪
受保护的技术使用者:深圳市威兆半导体股份有限公司
技术研发日:
技术公布日:2024/5/29
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