沟槽型场效应晶体管及其制备方法与流程

本发明涉及半导体，特别涉及一种沟槽型场效应晶体管及其制备方法。

背景技术：

1、沟槽型场效应晶体管的导电沟道垂直设置，相比于平面型场效应晶体管而言，沟槽型场效应晶体管可以实现更加紧凑的元胞排布，达到更高的电流导通密度。

2、针对高电压、大电流的工作环境下，通常要求所采用的场效应晶体管具备高耐压特性，此时例如可使用碳化硅基场效应晶体管代替硅基场效应晶体管。具体来说，碳化硅（sic）是一种带隙高于硅（si）的宽带隙半导体材料，碳化硅的击穿电场高于硅的击穿电场，与硅相比碳化硅即使在高温条件下也可以保持稳定性，因此与硅基场效应晶体管相比碳化硅基场效应晶体管具有高击穿电压和优异的散热性。

3、然而，随着半导体技术的发展，仍然有必要对沟槽型场效应晶体管做进一步的优化改进，其中包括了使器件在较小尺寸下仍具备较大的沟道密度，进而提升器件的电流导通能力。尤其是，在对晶体管器件的某一性能进行优化时，可能还会以牺牲器件的电流导通能力为代价，此时提高晶体管器件的沟道密度以确保器件的电流导通能力尤为重要。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种沟槽型场效应晶体管，用于改善晶体管器件的电流导通能力。

2、为此，本发明提供了一种沟槽型场效应晶体管，包括：栅极结构，形成在一衬底中并沿着第一方向延伸；阱区，形成在所述衬底中并位于所述栅极结构的侧边，所述阱区包括多个沿着第一方向依次排布的第一阱掺杂区；以及，源区，形成在所述阱区中，所述源区包括多个第一源掺杂区，所述第一源极掺杂区形成在所述第一阱掺杂区内。

3、可选的，所述阱区还包括第二阱掺杂区，所述第二阱掺杂区形成在相邻的第一阱掺杂区之间并连接相邻的第一阱掺杂区，所述第二阱掺杂区的底边界高于所述第一阱掺杂区的底边界。

4、可选的，所述源区还包括多个第二源掺杂区，所述第二源掺杂区形成在相邻的第一源掺杂区之间并连接相邻的第一源掺杂区，所述第二源掺杂区的底边界高于所述第一源掺杂区的底边界。

5、可选的，所述第一阱掺杂区内形成有源极沟槽，所述第一源掺杂区形成在所述源极沟槽的内壁中。

6、可选的，所述第一阱掺杂区的侧向截面形状包括三角形、v字形、梯形、矩形或者半圆形。

7、可选的，所述第一阱掺杂区具有相对于所述第一源掺杂区向下扩展出的纵向尺寸和相对于所述第一源掺杂区侧向扩展出的横向尺寸，所述纵向尺寸大于所述横向尺寸。

8、可选的，所述第一阱掺杂区包括靠近栅极结构的内侧部分和远离栅极结构的外侧部分。其中，所述栅极结构的至少内侧部分沿着高度方向向下扩展至所述栅极结构的1/3高度位置的下方，并且所述内侧部分的底部不低于所述栅极结构的底部。

9、可选的，所述栅极结构的外侧部分沿着高度方向向下扩展至所述栅极结构的下方。

10、本发明还提供了一种沟槽型场效应晶体管的制备方法，包括：提供一衬底；执行第一离子注入工艺，以在所述衬底内形成阱区，所述阱区包括多个沿着第一方向依次排布第一阱掺杂区；执行第二离子注入工艺，以在所述阱区内形成源区，所述源区包括形成在所述第一阱掺杂区内的第一源掺杂区；刻蚀所述衬底，以在所述衬底内形成栅极沟槽，所述栅极沟槽沿着第一方向延伸并横穿所述多个第一阱掺杂区；以及，填充栅极材料至所述栅极沟槽中，以形成栅极结构。

11、可选的，所述阱区还包括位于相邻的第一阱掺杂区之间的第二阱掺杂区。其中，执行所述第一离子注入工艺以形成所述阱区的方法包括：利用掩模版在所述衬底上定义出第一阱掺杂区的掺杂区域；执行第一次离子注入过程，以在所述衬底内形成多个所述第一阱掺杂区；以及，在无掩模下对所述衬底执行第二次离子注入过程，以使相邻的第一阱掺杂区之间注入有离子而形成所述第二阱掺杂区。

12、可选的，所述源区还包括位于相邻的第一源掺杂区之间的第二源掺杂区。其中，执行所述第二离子注入工艺以形成所述源区的方法包括：利用掩模版在所述衬底上定义出第一源掺杂区的掺杂区域；执行第一次离子注入过程，以在所述第一阱掺杂区内形成所述第一源掺杂区；以及，在无掩模下对所述衬底执行第二次离子注入过程，以使相邻的第一源掺杂区之间注入有离子而形成第二源掺杂区。

13、可选的，在所述阱区内形成源区的方法包括：在形成所述阱区之后，刻蚀所述衬底以在所述第一阱掺杂区内形成源极沟槽；以及，执行所述第二离子注入工艺，以至少将离子注入至所述源极沟槽的内壁中用于形成所述第一源掺杂区。

14、可选的，所述第一阱掺杂区和所述第一源掺杂区的制备方法包括：在所述衬底上形成掩模层，所述掩模层中形成有多个开口，所述开口对应于所述第一阱掺杂区的掺杂区域；在所述掩模层的掩模下执行第一离子注入工艺，以在所述开口的衬底内形成所述第一阱掺杂区；以及，在所述掩模层的侧壁上形成侧墙，并在所述掩模层和所述侧墙的掩模下执行第二次离子注入工艺，以在所述第一阱掺杂区内形成所述第一源掺杂区。

15、在本发明提供的沟槽型场效应晶体管中，将阱区设置为具有多个沿着栅极结构的延伸方向依次排布的第一阱掺杂区，并在第一阱掺杂区内形成有第一源掺杂区。如此一来，在晶体管器件正向导通时，使得每一个第一阱掺杂区内均可反型形成横向导电沟道和纵向导电沟道，大大增加了晶体管器件的沟道密度，相当于增加了晶体管器件的导电沟道的宽度，进而可提高晶体管器件的电流导通能力。

16、进一步的方案中，还可使第一阱掺杂区在衬底内向下扩展至更深位置，以提高器件的耐压性能。应当认识到，此时虽然会引起对应区域的纵向导电沟道的长度增加，导致该区域的导通电阻增大；但是，基于本发明中针对阱区和源区的独特设计，能够有效提高晶体管器件的沟道密度，有利于整体上降低器件的导通电阻。因此，本发明提供的沟槽型场效应晶体管，有利于在提高器件的耐压性能的同时，保障晶体管器件的电流导通能力。

技术特征：

1.一种沟槽型场效应晶体管，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的沟槽型场效应晶体管，其特征在于，所述阱区还包括第二阱掺杂区，所述第二阱掺杂区形成在相邻的第一阱掺杂区之间并连接相邻的第一阱掺杂区，所述第二阱掺杂区的底边界高于所述第一阱掺杂区的底边界。

3.如权利要求2所述的沟槽型场效应晶体管，其特征在于，所述源区还包括多个第二源掺杂区，所述第二源掺杂区形成在相邻的第一源掺杂区之间并连接相邻的第一源掺杂区，所述第二源掺杂区的底边界高于所述第一源掺杂区的底边界。

4.如权利要求1所述的沟槽型场效应晶体管，其特征在于，所述第一阱掺杂区内形成有源极沟槽，所述第一源掺杂区形成在所述源极沟槽的内壁中。

5.如权利要求1所述的沟槽型场效应晶体管，其特征在于，所述第一阱掺杂区的侧向截面形状包括三角形、v字形、梯形、矩形或者半圆形。

6.如权利要求1所述的沟槽型场效应晶体管，其特征在于，所述沟槽型场效应晶体管为碳化硅基的沟槽型场效应晶体管。

7.如权利要求1-6任一项所述的沟槽型场效应晶体管，其特征在于，所述第一阱掺杂区具有相对于所述第一源掺杂区向下扩展出的纵向尺寸和相对于所述第一源掺杂区侧向扩展出的横向尺寸，所述纵向尺寸大于所述横向尺寸。

8.如权利要求7所述的沟槽型场效应晶体管，其特征在于，所述第一阱掺杂区包括靠近栅极结构的内侧部分和远离栅极结构的外侧部分；

9.如权利要求8所述的沟槽型场效应晶体管，其特征在于，所述栅极结构的外侧部分沿着高度方向向下扩展至所述栅极结构的下方。

10.一种沟槽型场效应晶体管的制备方法，其特征在于，包括：

11.如权利要求10所述的沟槽型场效应晶体管的制备方法，其特征在于，所述阱区还包括位于相邻的第一阱掺杂区之间的第二阱掺杂区；其中，执行所述第一离子注入工艺以形成所述阱区的方法包括：

12.如权利要求11所述的沟槽型场效应晶体管的制备方法，其特征在于，所述源区还包括位于相邻的第一源掺杂区之间的第二源掺杂区；其中，执行所述第二离子注入工艺以形成所述源区的方法包括：

13.如权利要求10所述的沟槽型场效应晶体管的制备方法，其特征在于，在所述阱区内形成源区的方法包括：

14.如权利要求10所述的沟槽型场效应晶体管的制备方法，其特征在于，所述第一阱掺杂区和所述第一源掺杂区的制备方法包括：

技术总结
本发明提供了一种沟槽型场效应晶体管及其制备方法。该沟槽型场效应晶体管中，将阱区设置为具有多个沿着栅极结构的延伸方向依次排布的第一阱掺杂区，并在第一阱掺杂区内形成有第一源掺杂区，从而在晶体管器件正向导通时，使得每一个第一阱掺杂区内均可反型形成横向导电沟道和纵向导电沟道，大大增加了晶体管器件的沟道密度，有效提高晶体管器件的电流导通能力。

技术研发人员：罗顶,徐承福,韩玉亮,陆珏,樊如雪
受保护的技术使用者：绍兴中芯集成电路制造股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16