一种屏蔽栅金属氧化物半导体场效应晶体管及其制造方法

本发明涉及功率半导体电力电子器件，具体涉及一种屏蔽栅金属氧化物半导体场效应晶体管及其制造方法。

背景技术：

1、随着功率集成电路的发展，功率半导体器件的发展在不断蓬勃发展。在这样的背景下，屏蔽栅金属氧化物半导体场效应晶体管(sgt-mosfet)应运而生。具有高单元密度、低导通电阻和低开关损耗，使它在电力电子和新能源应用中极具前景，特别是在低电压范围中。

2、但是，传统的屏蔽栅金属氧化物半导体场效应晶体管(sgt-mosfet)器件面临的一个问题是，当它工作在第三象限，对体二极管的反向恢复性能有很高的要求。传统屏蔽栅金属氧化物半导体场效应晶体管(sgt-mosfet)的体二极管是双极型器件，由于在体二极管中存在过量的少数载流子，因此其反向恢复性能较差，导致其有较大的反向恢复电流，这不利于其在整流电路中的使用；除此之外，传统的sgt-mosfet器件由于存在源极寄生三极管结构，容易发生载流子倍增效应，从而导致器件的损坏，存在可靠性较差的问题。

3、因此，如何设计一种反向恢复快、可靠性高的屏蔽栅金属氧化物半导体场效应晶体管，是目前亟需解决的问题。

技术实现思路

1、鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明提供一种屏蔽栅金属氧化物半导体场效应晶体管，以解决上述技术问题中的至少之一。

2、为达到上述目的及其他相关目的，本技术提供的技术方案如下。

3、第一方面，本技术提供了一种屏蔽栅金属氧化物半导体场效应晶体管，包括：

4、漏极金属层以及依次堆叠在所述漏极金属层上的第一导电类型衬底层和第一导电类型漂移区；

5、所述第一导电类型漂移区内设置有两个第一凹槽；

6、第一个所述第一凹槽内设置有栅极氧化层、第一导电类型屏蔽栅极多晶硅区域及第一导电类型栅极多晶硅区域，所述栅极氧化层包裹所述第一导电类型屏蔽栅极多晶硅区域和所述第一导电类型栅极多晶硅区域，所述第一导电类型栅极多晶硅区域位于所述第一导电类型屏蔽栅极多晶硅区域上，并通过所述栅极氧化层进行隔离；

7、第二个所述第一凹槽内设置有辅助栅阳极氧化层、第一导电类型屏蔽栅极多晶硅区域及第一导电类型辅助栅阳极多晶硅区域，所述辅助栅阳极氧化层包裹所述第一导电类型屏蔽栅极多晶硅区域和部分第一导电类型辅助栅阳极多晶硅区域，所述第一导电类型辅助栅阳极多晶硅区域位于所述第一导电类型屏蔽栅极多晶硅区域上，并通过所述辅助栅阳极氧化层进行隔离；

8、所述第一导电类型漂移区上设置有第二导电类型阳极注入区域和第二导电类型体区域；

9、所述栅极氧化层、所述辅助栅阳极氧化层、所述第二导电类型阳极注入区域、所述第二导电类型体区域、所述第一导电类型辅助栅阳极多晶硅区域上设置有源极金属层。

10、于本发明的一实施例中，所述栅极氧化层在水平方向一部分位于所述第一导电类型漂移区之间，一部分位于所述第二导电类型体区域之间，一部分位于所述源极金属层之间；所述辅助栅阳极氧化层在所述水平方向一部分位于所述第一导电类型漂移区之间，一部分位于所述第二导电类型体区域之间，所述水平方向为平行于所述漏极金属层的方向。

11、于本发明的一实施例中，在所述水平方向上，所述栅极氧化层与所述辅助栅阳极氧化层之间，一部分由所述第一导电类型漂移区进行隔离，一部分由所述第二导电类型阳极注入区域、所述第二导电类型体区域及部分所述源极金属层进行隔离；且部分所述源极金属层和所述第二导电类型阳极注入区域在所述水平方向介于两个所述第二导电类型体区域之间。

12、于本发明的一实施例中，所述第一导电类型栅极多晶硅区域在所述水平方向上通过所述栅极氧化层形成的第一栅极氧化层与所述第二导电类型体区域进行隔离，所述第一导电类型辅助栅阳极多晶硅区域在所述水平方向上通过所述辅助栅阳极氧化层形成的第二栅极氧化层与所述第二导电类型体区域进行隔离，其中，所述第一栅极氧化层的厚度大于所述第二栅极氧化层的厚度。

13、于本发明的一实施例中，第二个所述第一凹槽内设置有辅助栅阳极氧化层和第一导电类型辅助栅阳极多晶硅区域，所述辅助栅阳极氧化层包裹部分所述第一导电类型辅助栅阳极多晶硅区域。

14、于本发明的一实施例中，在所述水平方向上，所述栅极氧化层与所述辅助栅阳极氧化层之间，一部分由所述第一导电类型漂移区进行隔离，一部分由所述第二导电类型体区域进行隔离，且所述栅极氧化层的左侧依次设置有所述第二导电类型体区域和所述第二导电类型阳极注入区域。

15、于本发明的一实施中，所述第二导电类型体区域上设置有第一导电类型源极区域，所述源极金属层覆盖所述第二导电类型阳极注入区域、部分所述第二导电类型体区域、部分所述栅极氧化层、部分所述辅助栅阳极氧化层、所述第一导电类型辅助栅阳极多晶硅区域及所述第一导电类型源极区域；且所述第一导电类型源极区域在所述水平方向介于所述第二导电类型体区域和所述栅极氧化层之间。

16、第二方面，本技术还提供一种屏蔽栅金属氧化物半导体场效应晶体管的制造方法，包括：

17、s1、提供第一导电类型衬底层，所述第一导电类型衬底层包括相对设置的正面和背面，对所述第一导电类型衬底层的正面进行外延生长，形成第一导电类型漂移区；

18、s2、基于离子注入在所述第一导电类型漂移区上形成第二导电类型体区域；

19、s3、对所述第一导电类型漂移区和所述第二导电类型体区域进行刻蚀，形成两个第一凹槽，在第一个第一凹槽内形成栅极氧化层、第一导电类型屏蔽栅极多晶硅区域和第一导电类型栅极多晶硅区域，并在第二个第一凹槽内形成辅助栅阳极氧化层、所述第一导电类型屏蔽栅极多晶硅区域和第一导电类型辅助栅阳极多晶硅区域；

20、s4、对部分所述第二导电类型体区域进行离子注入，形成第二导电类型阳极注入区域；

21、s5、对所述第二导电类型阳极注入区域进行刻蚀，基于金属喷射及退火形成源极金属层；

22、s6、对所述第一导电类型衬底层的背面进行金属喷射及退火，形成漏极金属层。

23、第三方面，本技术还提供一种屏蔽栅金属氧化物半导体场效应晶体管的制造方法，包括：

24、s1、提供第一导电类型衬底层，所述第一导电类型衬底层包括相对设置的正面和背面，对所述第一导电类型衬底层的正面进行外延生长，形成第一导电类型漂移区；

25、s2、基于离子注入在所述第一导电类型漂移区上形成第二导电类型体区域；

26、s3、对所述第一导电类型漂移区和所述第二导电类型体区域进行刻蚀，形成两个第一凹槽，在第一个第一凹槽内形成栅极氧化层、第一导电类型屏蔽栅极多晶硅区域和第一导电类型栅极多晶硅区域，并在第二个第一凹槽内形成辅助栅阳极氧化层和所述第一导电类型辅助栅阳极多晶硅区域；

27、s4、对部分所述第二导电类型体区域进行离子注入，形成第二导电类型阳极注入区域；

28、s5、对所述第二导电类型阳极注入区域进行刻蚀，基于金属喷射及退火形成源极金属层；

29、s6、对所述第一导电类型衬底层的背面进行金属喷射及退火，形成漏极金属层。

30、第四方面，本技术还提供一种屏蔽栅金属氧化物半导体场效应晶体管的制造方法，包括：

31、s1、提供第一导电类型衬底层，所述第一导电类型衬底层包括相对设置的正面和背面，对所述第一导电类型衬底层的正面进行外延生长，形成第一导电类型漂移区；

32、s2、基于离子注入在所述第一导电类型漂移区上形成第二导电类型体区域；

33、s3、对所述第一导电类型漂移区和所述第二导电类型体区域进行刻蚀，形成两个第一凹槽，在第一个第一凹槽内形成栅极氧化层、第一导电类型屏蔽栅极多晶硅区域和第一导电类型栅极多晶硅区域，并在第二个第一凹槽内形成辅助栅阳极氧化层和所述第一导电类型辅助栅阳极多晶硅区域；

34、s4、对部分所述第二导电类型体区域进行离子注入，形成所述第二导电类型阳极注入区域和第一导电类型源极区域；

35、s5、对所述第二导电类型阳极注入区域进行刻蚀，基于金属喷射及退火形成源极金属层；

36、s6、对所述第一导电类型衬底层的背面进行金属喷射及退火，形成漏极金属层。

37、本技术提供一种屏蔽栅金属氧化物半导体场效应晶体管及其制造方法，该半导体场效应晶体管通过辅助栅阳极氧化层、第一导电类型屏蔽栅极多晶硅区域、第一导电类型辅助栅阳极多晶硅区域共同构成辅助栅结构，辅助栅作为反向导通二极管，当器件反向导通的时候，辅助栅由于更低的导通电压而优先导通，且为单极导通二极管，减少了器件内部空穴浓度，因此很大程度上改善了传统屏蔽栅金属氧化物半导体场效应晶体管的反向恢复性能。此外，由于源极金属层与第二导电类型体区域形成肖特基接触，减小了原本传统结构中寄生三极管结构的影响，从而改善了器件的工作可靠性。

38、应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本发明。