一种MOSFET器件的元胞结构的制作方法

一种mosfet器件的元胞结构
技术领域
1.本技术涉及mosfet器件，属于h01l半导体器件的技术领域，具体涉及一种mosfet器件的元胞结构。
2.

背景技术：

3.mosfet器件是一种适用于高电压、高功率的电路应用的晶体管，其具有开启和关闭两个状态，常作为开关管在电路中应用。基于开关管的需求，其需要在关闭状态下可以负担高电压，且在开启状态下具有比较低的电阻。如何提升mosfet器件的性能，使mosfet器件在关闭状态下可以负担更高的电压，且在开启状态下具备更低的电阻，是本领域技术人员一直期望解决的问题。
4.

技术实现要素：

5.本技术提供了一种mosfet器件的元胞结构，其具备更优的性能。
6.第一方面，本技术提供了一种mosfet器件的元胞结构。该元胞结构包括漂移层、源极构造和栅极构造；所述源极构造有有多个，多个所述源极构造阵列设置于所述漂移层顶部，相邻两个所述源极构造之间设置有一所述栅极构造；在所述漂移层内顶部，相对每一源极构造设置有一第一源接触区、一第二源接触区以及一基区；相对同一源极构造，第一源接触区和第二源接触区沿所述源极构造的排列方向排列设置，第一源接触区和第二源接触区的导电类型相反且均接触连接所述源极构造，所述基区的注入深度深于所述第二源接触区的注入深度且接触连接所述第二源接触区，所述第一源接触区的注入深度深于所述第二源接触区和基区的注入深度；所有所述第二源接触区位于所述第一源接触区的同一侧；所述栅极构造覆盖相邻两个源极构造的第一源接触区和第二源接触区之间的漂移层，所述栅极构造与所述漂移层之间设置有栅氧介质层；所述栅氧介质层两侧分别覆盖至相邻两个源极构造之间的部分第一源接触区和第二源接触区上。
7.通过采用上述技术方案，mosfet器件的具备更深的源极注入结深，当器件处于关闭状态时，加在mosfet器件的电压由第一源接触区和漂移层之间的结负担，更深的结深可以显著分散电场，降低栅氧介质层被击穿的可能，提高mosfet器件的耐压性能；mosfet器件的沟道电流的方向统一，有利于缓解由于沟道中载流子输运的各向异性导致的电阻差异及电流差异，平衡mosfet器件的各个沟道电流，也有利于降低mosfet在制造过程中对准及沟道长度的参数要求，降低mosfet器件的加工难度。
8.进一步地，在所述漂移层内顶部还设置有jfet区；所述jfet区设置于相邻两个源极构造的第一源接触区之间，所述jfet区的注入深度不小于所述基区的注入深度且不大于
所述第一源接触区的注入深度。
9.进一步地，所述源极构造一体连接，所述栅极构造与所述源极构造之间设置有绝缘介质层。
10.进一步地，所述jfet区的注入深度等于所述基区的注入深度。
11.进一步地，所述第一源接触区内填充设置有与所述源极构造导通的等势构造。
12.进一步地，所述等势构造为多晶硅或金属。
13.进一步地，相对每一源极构造，所述第一源接触区靠近第二源接触区一侧垂直注入，背离第二源接触区一侧向远离第二源接触区方向倾斜注入。
14.进一步地，所述第一源接触区的注入深度为1μm-2μm，所述第二源接触区的注入深度为0.2μm-0.4μm，所述基区的注入深度为0.5μm-1μm，所述jfet区的注入深度为0.5μm-2μm。
15.进一步地，所述jfet区的宽度为0.5μm-1.5μm，相邻两个源极构造之间的间距为2μm-10μm。
16.进一步地，所述漂移层为sic材质。
17.应当理解，发明内容部分中所描述的内容并非旨在限定本技术的实施例的关键或重要特征，亦非用于限制本技术的范围。本技术的其它特征将通过以下的描述变得容易理解。
18.附图说明
19.结合附图并参考以下详细说明，本技术各实施例的上述和其他特征、优点及方面将变得更加明显。在附图中，相同或相似的附图标记表示相同或相似的元素，其中：图1示出了相关技术中mosfet器件的元胞结构的结构示意图。
20.图2示出了相关技术中由于对准偏差引入的沟道长度不对称的mosfet器件的元胞结构的结构示意图。
21.图3示出了本技术提供的一种mosfet器件的元胞结构的实施例一的结构示意图。
22.图4示出了本技术提供的一种mosfet器件的元胞结构的实施例二的结构示意图。
23.图5示出了本技术提供的一种mosfet器件的元胞结构的实施例三的结构示意图。
24.图6示出了本技术提供的一种mosfet器件的元胞结构的实施例四的结构示意图。
25.图7示出了本技术提供的一种mosfet器件的元胞结构的实施例五的结构示意图。
26.附图说明：11、基区；12、第二源接触区；13、第一源接触区；14、jfet区；15、栅氧介质层；16、栅极金属；17、绝缘介质层；18、源极金属。
27.具体实施方式
28.为使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术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技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的全部其他实施例，都属于本技术保护的范围。
29.另外，本文中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，a和/或b，可以表示：单独存在a，同时存在a和b，单独存在b这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
30.图1示出了相关技术中mosfet器件的元胞结构的结构示意图。
31.参照图1，相关技术中mosfet器件的元胞结构包括漂移层，源极金属18和栅极金属16。其中，源极金属18和栅极金属16设置于漂移层顶部，源极金属18存在多个接触漂移层的部分，源极金属18的多个接触漂移层的部分在漂移层顶部阵列设置，栅极金属16同样有多个部分，多个部分的栅极金属阵列设置于漂移层顶部、每相邻两个源极金属18的部分之间设置有一个部分的栅极金属16。在漂移层内的顶部相对于源极金属18的每个部分设置有一第一源接触区13、一第二源接触区12和一基区13，第一源接触区13相对源极金属18相应部分的大致中心位置设置，第二源接触区12平均设置于第一源接触区13两侧，基区13也平均设置于第一源接触区13两侧，且基区13排列设置于第二源接触区12下方，第一源接触区13的注入深度与基区13的注入深度相等。第一源接触区13和第二源接触区12的导电类型相反。源极金属18两个部分相互靠近的两个基区13之间形成jfet区14。栅极金属16与漂移层之间设置有栅氧介质层15。源极金属18各个部分一体连接，栅极金属16及源接触层18与源极金属18之间设置有绝缘介质层17，以使mosfet器件的栅极和源极隔离。漂移层下方还依次设置有衬底和漏极金属。
32.其中，第一源接触区13、第二源接触区12和基区11采用离子注入工艺形成；栅氧介质层15通过高温激活及牺牲氧化，对注入漂移层的杂质进行激活，并移除表面损伤层，通过高温氧化在漂移层表面形成；栅极金属16和绝缘介质层17采用化学气相沉积法形成。源极金属18表面还采用化学气相沉积法形成有绝缘钝化层保护金属表面，并通过刻蚀形成用于与源极金属18和栅极金属接触的结构。漏极金属通过金属淀积形成。
33.在mosfet器件工作过程中，当没有正向偏压施加到栅极并且漏极施加正向偏置时，位于基区11和漂移层之间的结处于反向偏置，mosfet器件处于关闭状态，关闭状态下，施加在漏极和源极之间的电压由漂移层分担；当有正向偏压施加到栅极时，在漂移层表面的栅氧介质层15形成反型沟道层，mosfet器件处于开启状态，开启状态下，电流从源极流经沟道层进入jfet区14，尔后经jfet区14向下扩展到整个漂移层并从漏极流出。
34.mosfet器件在工作过程中，当器件工作在反向关闭的状态时，电场出现在基区11与第一源接触区13之间，理想状态下，基区11之间的jfet区14可以被夹断以保护栅氧介质层15不被电场击穿，在mosfet器件实际应用过程中，jfet区表面中部电场最强、最容易发生击穿，根据圆柱结泊松方程获得的最大电场与平行板结获得最大电场的比值，即e
m cyl
/e
m pp
=rd/rj；其中，e
m cyl
表示圆柱结的最大电场，e
m pp
表示平行板结的最大电场，rd表示耗尽区的宽度，rj表示注入的结深。可以发现随着注入结深的增加，圆柱结的电场放大效应逐渐减小，电场集中可以显著缓解；当mosfet器件工作在开启状态时，其内电阻由源漏接触电阻、沟道电阻、jfet区14的电阻、漂移区电阻和衬底电阻等部分组成，而jfet区14的电阻与jfet区的掺杂浓度及jfet区14的宽度有关，为了降低开启状态下导通电阻中jfet区14的组成比例，需要增大jfet区14的掺杂浓度。
35.mosfet器件需要在关闭状态下可以担负高电压，同时在开启状态下保持内电阻在相对低的水平，并且具有可靠稳定的寿命。但是，若mosfet器件在开关过程中往往由于基区
13之间不能有效的夹断，则可能导致栅氧介质层15处的电场集中、被击穿而失效，或若基区13底部由于电场集中导致reach-through击穿，则可能导致mosfet器件在使用过程中出现失效的情况。
36.图2示出了相关技术中由于对准偏差引入的沟道长度不对称的mosfet器件的元胞结构的结构示意图。
37.参照图2，若mosfet器件在制造过程中存在基区11和第二源接触区12对准偏差的问题，则可能导致mosfet器件的沟道长度不一致，使沟道中载流子输运出现各向异性，继而导致沟道不同部分出现电阻差异和电流差异，使mosfet器件的平衡性较差、容易损坏。
38.为了解决上述问题，本技术提供了一种mosfet器件的元胞结构，其在关闭状态下具备更优的耐压性能，且在导通状态下具备更低的内电阻，应用性能有显著提升。
39.图3示出了本技术提供的一种mosfet器件的元胞结构的实施例一的结构示意图。
40.参照图3，元胞结构包括漂移层、源极金属18和栅极金属16。源极金属18具有多个部分，多个部分源极金属18沿在漂移层顶部阵列设置；栅极金属16有多个部分，每个部分栅极金属16设置于源极金属18相邻两个部分之间。多个部分源极金属18一体连接，栅极金属16与漂移层之间设置有栅氧介质层15，栅极金属16与源极金属18之间设置有绝缘介质层17。
41.漂移层内，相对源极金属18每个部分设置有一第一源接触区13、一第二源接触区12和一基区13。第一源接触区13和第二源接触区12沿漂移层宽度方向排列，第一源接触区13和第二源接触区12均接触连接源极金属18，基区13的注入深度深于第二源接触区12的注入深度且接触连接第二源接触区12。第一源接触区13的注入深度深于第二源接触区12和基区11。
42.对于源极金属18相邻的两个部分，对应一个部分的基区11与对应另一个部分的第一源接触区13之间为一个jfet区14，jfet区的注入深度大于基区11的注入深度但小于第一源接触区13的注入深度。栅极金属16和栅氧介质层15覆盖对应一个部分的第二源接触区12与对应另一个部分的第一源接触区13之间的间隔，且栅极金属16和栅氧介质层15两侧分别交叠覆盖至部分第一源接触区13和部分第二源接触区12。
43.在本实施例中，衬底具体选择为碳化硅n 衬底，漂移层具体选择为碳化硅n-外延漂移层，基区11为p型，第一源接触区为p 型，第二源接触区为n 型。第一源接触区13的注入深度具体选择为1μm，第二源接触区12的注入深度为0.2μm，基区11的注入深度为0.5μm，jfet区14的注入深度为0.8μm，沟道长度为0.1μm，jfet区14的宽度为0.5μm，相邻两个第一源接触区13之间的距离（图中cell pitch的长度）为2μm。
44.本实施例中并未对mosfet器件各个部分的形成方式作出改动，mosfet器件各个部分的形成方式可采用相关技术中的方式。
45.图4示出了本技术提供的一种mosfet器件的元胞结构的实施例二的结构示意图。
46.本实施例与实施例一的区别之处在于：栅极金属16替换为沉积形成的多晶硅栅极16，具体可选择为sic沉积形成，以及jfet区14的注入深度等于基区11的注入深度。
47.在本实施例中，第一源接触区13的注入深度具体选择为2μm，第二源接触区12的注入深度为0.4μm，基区11的注入深度为0.6μm，jfet区14的注入深度为0.6μm，沟道长度为0.8μm，jfet区14的宽度为1μm，相邻两个第一源接触区13之间的距离（图中cell pitch的长度）
为8μm。
48.图5示出了本技术提供的一种mosfet器件的元胞结构的实施例三的结构示意图。
49.本实施例与实施例一的区别之处在于：第一源接触区13内填充有多晶硅，多晶硅能够对第一源接触区13进行支撑，提高第一源接触区13的稳定性。在本实施例中，具体可选择预先在漂移层刻蚀形成沟槽，并在沟槽中完成第一源接触区13的注入，尔后以多晶硅对沟槽进行填充。
50.图6示出了本技术提供的一种mosfet器件的元胞结构的实施例四的结构示意图。
51.本实施例与实施例一的区别之处在于：第一源接触区13内填充有金属，金属能够对第一源接触区13进行支撑，提高第一源接触区13的稳定性，第一源接触区13内填充的金属选用源极金属18，并与源极金属18一体连接。在本实施例中，具体可选择预先在漂移层刻蚀形成沟槽，并在沟槽中完成第一源接触区13的注入，尔后以多晶硅对沟槽进行填充。
52.填充金属与源极金属16一体连接，有利于进一步提升填充金属和源极金属16的连接效果，进一步提升mosfet器件整体的稳定性。
53.图7示出了本技术提供的一种mosfet器件的元胞结构的实施例五的结构示意图。
54.本实施例与实施例一的区别之处在于：第一源接触区13背离与其相应的第二源接触区12向背离该第二源接触区12的方向倾斜注入，以使jfet区14靠近第一源接触区13一侧为斜面，以达到进一步优化mosfet器件的性能的目的。
55.以上描述仅为本技术的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本技术中所涉及的公开范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离前述公开构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本技术中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。