功率器件元胞结构的制备方法、功率器件与流程

本申请涉及集成电路，特别是涉及一种功率器件元胞结构的制备方法、功率器件。

背景技术：

1、随着现代电子技术的不断发展，对半导体材料提出了更高的要求，尤其是在高压、高频、高功率、高温以及抗辐射等领域。碳化硅（sic）具有宽禁带、高临界击穿场强、高饱和电子迁移率、高熔点和高热导率等优势，能够满足高性能功率电子器件的需求。

2、随着半导体技术的发展，小尺寸、大功率、高性能成为了主要的发展趋势，器件物理尺寸的不断微缩，推动其元胞的设计节距持续减小，平面型元胞尺寸已接近工艺极限，沟槽型元胞设计则存在可靠性，高温导通电阻较高等方面的问题。

技术实现思路

1、基于此，有必要针对现有技术中的技术问题，提供一种半导体结构及其制备方法，至少能够显著加密沟道的同时，降低栅源电容，从而增大开关速度。

2、第一方面，本申请提供了一种功率器件元胞结构的制备方法，包括：

3、提供衬底；衬底内包括靠近衬底的第一表面设置，且在第一表面的正投影为“井”字型的基区，以及顶面位于基区顶面内的源区；

4、形成沿朝向衬底的方向贯穿基区，并沿平行于第一表面的第一方向间隔交替排列的分裂栅、掺杂区；分裂栅底面一对一设置有掺杂柱；掺杂柱、掺杂区的导电类型与衬底的导电类型相反；

5、于第一表面、分裂栅外表面形成金属层，金属层包括与衬底的裸露顶面相接触的第一延伸部，以及与掺杂区相接触的第二延伸部；其中，分裂栅包括顶面高于第一表面，且沿第一方向朝向第一延伸部延伸的核心导电层，以及包围核心导电层外表面的介质区。

6、在一些实施例中，在相同工艺步骤中同期制备掺杂区、掺杂柱。

7、在一些实施例中，形成掺杂柱包括：

8、刻蚀衬底，形成沿朝向衬底的方向贯穿基区的栅沟槽；

9、采用高能离子注入工艺，形成包围栅沟槽与衬底交界面的屏蔽区；

10、将衬底倾斜4°后，对栅沟槽底部执行常温离子注入，利用通道效应，于栅沟槽底部形成掺杂柱；

11、采用离子注入形成贯穿所述基区的掺杂区。

12、在一些实施例中，介质区包括：栅氧层；

13、形成分裂栅，包括：

14、形成覆盖第一表面、栅沟槽内表面的栅氧层；

15、形成填满栅沟槽、覆盖栅氧层的导电材料层，使其顶面高于第一表面预设厚度；

16、形成核心导电层以及包围核心导电层，并与部分栅氧层相接触的第一介质层；核心导电层间隔位于栅沟槽内。

17、在一些实施例中，金属层还包括：

18、第三延伸部，位于相邻核心导电层之间的第一介质层内，沿朝向衬底的方向延伸至与掺杂柱形成电接触。

19、在一些实施例中，介质区还包括：

20、第二介质层，位于核心导电层内，顶面位于核心导电层的顶面与第一表面之间，底面与源区的底面齐平；靠近第一延伸部的源区在第一表面的正投影位于第二介质层在第一表面的正投影内；

21、第三介质层，位于第一介质层与第一表面之间，与第一延伸部相接触。

22、在一些实施例中，金属层还包括：

23、第三延伸部，沿第二方向间隔设置于相邻核心导电层之间的第一介质层内，沿朝向衬底的方向延伸至与掺杂柱形成电接触；

24、第二方向与第一方向相互垂直。

25、在一些实施例中，形成第一延伸部，第二延伸部，包括：

26、形成第一介质层后，刻蚀第一介质层，形成沿第二方向延伸，沿第一方向间隔排列的第一接触孔；第一接触孔的底面低于第一表面；

27、回刻位于掺杂区顶面的第一介质层，以暴露出源区的部分顶面，使得第一接触孔的宽度增大，获得第二接触孔；

28、形成金属层，位于第一接触孔的金属层构成第一延伸部，位于第二接触孔的金属层构成第二延伸部。

29、在一些实施例中，掺杂区的底面不低于源区的底面。

30、第二方面，本申请提供一种功率器件，包括：采用上述任一项所述的制备方法制备而成的元胞结构。

31、本申请实施例可以/至少具有以下意想不到的技术效果：

32、在本申请提供的元胞结构中，通过将基区在第一表面正投影设置为“井”字形布局，配合沿第一方向间隔交替排列且贯穿基区的分裂栅结构，使得每一分裂栅两侧的基区与源区均可独立形成导电沟道，电子可沿第一方向双向横向流动向下穿入衬底完成电流路径，加上平面栅沟道构成的导通通路，从而在相同元胞节距下同时形成三组并行导通的电流通路，实现沟道密度倍增。

33、同时，分裂栅底面一对一设置的掺杂柱与衬底中轻掺杂的外延层构成超结结构，在维持击穿电压的前提下允许漂移区采用更高掺杂浓度，进一步压缩导通电阻，且掺杂柱与基区注入工艺兼容，无需额外光刻层，降低了工艺复杂度；核心导电层外表面被介质区包围，有效减小了栅极与漏源区域的重叠面积，降低了栅源电容与栅漏电容，缩短了栅极充放电时间，从而提升了开关速度并降低了开关损耗。

34、在此基础上，金属层中与衬底的裸露顶面相接触的第二延伸部直接形成肖特基结，在器件开关过程中优先导通，从而在器件层面获得较好的正向压降vf和反向恢复特性，补齐性能短板。

1.一种功率器件元胞结构的制备方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在相同工艺步骤中同期制备所述掺杂区、所述掺杂柱。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，形成所述掺杂柱、所述掺杂区，包括：

4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述介质区包括：栅氧层；

5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述金属层还包括：

6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述介质区还包括：

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述金属层还包括：

8.根据权利要求7或5所述的制备方法，其特征在于，形成所述第一延伸部，所述第二延伸部，包括：

9.根据权利要求1-7中任一项所述的制备方法，其特征在于，所述掺杂区的底面不低于所述源区的底面。

10.一种功率器件，其特征在于，包括：采用权利要求1-9中任一项所述的制备方法制备而成的元胞结构。