本實用新型涉及半導體器件技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種MOSFET器件。

背景技術(shù)：

寬禁帶半導體MOSFET(金屬氧化物半導體三極管)器件，尤其是碳化硅MOSFET器件及氮化鎵MOSFET器件是目前備受矚目的寬禁帶半導體材料功率開關(guān)器件，它的驅(qū)動電路非常簡單，且與現(xiàn)有的功率器件驅(qū)動電路的兼容性好。

但是，寬禁帶半導體MOSFET器件設(shè)計方面存在兩個主要技術(shù)問題：一是溝道電子遷移率低，進而導致MOSFET的溝道電阻大的問題；二是在高溫、高電場下柵氧可靠性不足的問題。

目前，對于溝道電子遷移率低的問題，解決方式主要有兩種：

一是選擇合適的晶向，因為不同晶向的電子遷移率不同，遷移率最大可以相差5倍，故而選擇高電子遷移率的晶面上形成溝道；由于碳化硅的晶向較亂，故而高電子遷移率的晶面不好選擇。

二是通過特殊的退火工藝，改善溝道界面狀態(tài)，提高溝道電子遷移率；這種特殊的退火工藝操作不便。

對于溝道柵氧可靠性的問題，解決方式主要是采用特殊的柵氧材料，如AlN、AlON等材料；而僅僅靠特殊的柵氧材料不能很好地解決溝道柵氧可靠性的問題。

綜上，對于現(xiàn)有技術(shù)而言，如何克服寬禁帶半導體MOSFET器件的上述缺陷是本領(lǐng)域技術(shù)人員亟待解決的技術(shù)問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型的目的在于提供一種MOSFET器件，以解決上述問題。

為了達到上述目的，本實用新型的技術(shù)方案是這樣實現(xiàn)的：

本實用新型提供了一種MOSFET器件，包括肖特基二極管和溝槽MOSFET。

其中，所述溝槽MOSFET由下到上依次包括N+襯底、耐壓漂移區(qū)、P型體區(qū)外延層和N+源區(qū)外延層，且每相鄰兩層之間均緊密接觸；所述溝槽MOSFET的上端中間位置開設(shè)有柵區(qū)溝槽；所述溝槽MOSFET的上端邊緣位置開設(shè)有肖特基溝槽；所述柵區(qū)溝槽和所述肖特基溝槽的底面均位于所述耐壓漂移區(qū)的內(nèi)部；所述肖特基溝槽的深度大于所述柵區(qū)溝槽的深度。

所述溝槽MOSFET還包括柵電極；所述柵電極固定設(shè)置在所述柵區(qū)溝槽中；所述柵區(qū)溝槽與所述柵電極之間存在柵氧化層；所述柵電極高出所述柵區(qū)溝槽的部分的外圍設(shè)置有柵電極絕緣保護層。

所述肖特基二極管的下端通過所述肖特基溝槽與所述溝槽MOSFET的上端配合；所述肖特基二極管與所述溝槽MOSFET的源極共用金屬電極。

優(yōu)選的，作為一種可實施方案，所述肖特基二極管包括中央溝槽和外凸起部；所述肖特基溝槽與所述外凸起部配合，所述中央溝槽與所述柵電極絕緣保護層配合。

優(yōu)選的，作為一種可實施方式，所述耐壓漂移區(qū)的頂面上還設(shè)置有N1濃摻雜外延層；所述N1濃摻雜外延層位于所述耐壓漂移區(qū)與所述P型體區(qū)外延層之間。

優(yōu)選的，作為一種可實施方式，所述柵區(qū)溝槽的底面位于所述N1濃摻雜外延層中。

優(yōu)選的，作為一種可實施方式，所述P型體區(qū)外延層的厚度在0.1μm-1μm之間。

優(yōu)選的，作為一種可實施方式，所述柵氧化層的底面厚度大于所述柵氧化層的側(cè)面厚度。

優(yōu)選的，作為一種可實施方式，所述肖特基溝槽為環(huán)形結(jié)構(gòu)件。

優(yōu)選的，作為一種可實施方式，所述N+襯底的厚度在5μm-500μm之間。

優(yōu)選的，作為一種可實施方式，所述N+源區(qū)外延層的厚度小于1μm。

優(yōu)選的，作為一種可實施方式，所述N+源區(qū)外延層的厚度為0.5μm。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型實施例的優(yōu)點在于：

本實用新型提供的一種MOSFET器件，分析其主要結(jié)構(gòu)可知：上述MOSFET器件主要由肖特基二極管和溝槽MOSFET組成；肖特基二極管的下端與溝槽MOSFET的上端緊密貼合。

在上述溝槽MOSFET的具體結(jié)構(gòu)中，其在N+襯底上，由下而上依次延伸出耐壓漂移區(qū)、P型體區(qū)外延層和N+源區(qū)外延層，且每相鄰兩層之間均緊密接觸，以達到相互之間能夠?qū)щ姷哪康模恍ぬ鼗O管對包圍在其內(nèi)部的耐壓漂移區(qū)的部分區(qū)域形成一個屏蔽區(qū)。

溝槽MOSFET的上端中間位置開設(shè)有柵區(qū)溝槽，在柵區(qū)溝槽的內(nèi)壁上覆蓋有柵氧化層，在柵氧化層的內(nèi)側(cè)又設(shè)置有柵電極，而因柵電極高出柵區(qū)溝槽的部分的表面又覆蓋有柵電極絕緣保護層，故而柵電極被柵氧化層和柵電極絕緣保護層完全包圍，達到絕緣的目的。

溝槽MOSFET的上端邊緣位置開設(shè)有肖特基溝槽，肖特基溝槽與肖特基二極管的下端緊密配合，形成肖特基結(jié)，肖特基溝槽的深度大于上述柵區(qū)溝槽的深度，并將上述柵區(qū)溝槽包圍起來，進而，由肖特基結(jié)對柵區(qū)溝槽的底部形成電場屏蔽，降低了柵區(qū)溝槽的底部電場，改善了柵氧化層的可靠性；其中，柵區(qū)溝槽的底部位置要在耐壓漂移區(qū)內(nèi)，這樣，才能保證溝道的結(jié)構(gòu)質(zhì)量以及電場屏蔽效果。

另外，肖特基二極管與溝槽MOSFET的源極要共用金屬電極。

因此，本實用新型提供的MOSFET器件，無需采用特殊的柵氧材料便克服了溝道柵氧化層可靠性不足的問題，使得寬禁帶半導體MOSFET器件的制造工藝更加便捷，節(jié)約了成本。

附圖說明

為了更清楚地說明本實用新型具體實施方式或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對具體實施方式或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本實用新型的一些實施方式，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本實用新型實施例提供的MOSFET器件經(jīng)步驟一形成的剖視結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本實用新型實施例提供的MOSFET器件經(jīng)步驟二形成的剖視結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本實用新型實施例提供的MOSFET器件經(jīng)步驟三形成的剖視結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本實用新型實施例提供的MOSFET器件經(jīng)步驟四形成的剖視結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為本實用新型實施例提供的MOSFET器件經(jīng)步驟四形成的剖視結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6為本實用新型實施例提供的MOSFET器件在增加N1濃摻雜外延層的情況下，經(jīng)步驟一形成的剖視結(jié)構(gòu)示意圖；

圖7為本實用新型實施例提供的MOSFET器件在增加N1濃摻雜外延層的情況下，經(jīng)步驟二形成的剖視結(jié)構(gòu)示意圖；

圖8為本實用新型實施例提供的MOSFET器件在增加N1濃摻雜外延層的情況下，經(jīng)步驟三形成的剖視結(jié)構(gòu)示意圖；

圖9為本實用新型實施例提供的MOSFET器件再增加N1濃摻雜外延層的情況下，經(jīng)步驟四形成的剖視結(jié)構(gòu)示意圖；

圖10為本實用新型實施例提供的MOSFET器件在增加N1濃摻雜外延層的情況下，經(jīng)步驟五形成的剖視結(jié)構(gòu)示意圖；

圖11為本實用新型實施例提供的MOSFET器件在增加柵氧化層的底部厚度的情況下，經(jīng)步驟三形成的剖視結(jié)構(gòu)示意圖；

圖12為本實用新型實施例提供的MOSFET器件再增加柵氧化層的底部厚度的情況下，經(jīng)步驟四形成的剖視結(jié)構(gòu)示意圖；

圖13為本實用新型實施例提供的MOSFET器件在增加柵氧化層的底部厚度的情況下，經(jīng)步驟五形成的剖視結(jié)構(gòu)示意圖；

圖14為本使用新型實施例提供的MOSFET器件在增加N1濃摻雜外延層及增加柵氧化層的底部厚度的情況下，經(jīng)步驟三形成的剖視結(jié)構(gòu)示意圖；

圖15為本實用新型實施例提供的MOSFET器件在增加N1濃摻雜外延層且增加柵氧化層的底部厚度的情況下，經(jīng)步驟四形成的剖視結(jié)構(gòu)示意圖；

圖16為本實用新型實施例提供的MOSFET器件在增加N1濃摻雜外延層且增加柵氧化層的底部厚度的情況下，經(jīng)步驟五形成的剖視結(jié)構(gòu)示意圖。

附圖標記說明：

肖特基二極管1； 溝槽MOSFET2；

外凸起部11；

N+襯底21； 耐壓漂移區(qū)22； P型體區(qū)外延層23；

N+源區(qū)外延層24； 柵區(qū)溝槽25； 肖特基溝槽26；

柵電極27； 柵氧化層28； 柵電極絕緣保護層29；

N1濃摻雜外延層221； 屏蔽區(qū)222。

具體實施方式

下面將結(jié)合附圖對本實用新型的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本實用新型一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本實用新型中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本實用新型保護的范圍。

在本實用新型的描述中，需要說明的是，術(shù)語“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“內(nèi)”、“外”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本實用新型和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對本實用新型的限制。此外，術(shù)語“第一”、“第二”僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性。

在本實用新型的描述中，需要說明的是，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語“相連”、“連接”應做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內(nèi)部的連通。對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以具體情況理解上述術(shù)語在本實用新型中的具體含義。

下面通過具體的實施例子并結(jié)合附圖對本實用新型做進一步的詳細描述。

參見圖1-圖5，本實用新型實施例提供了一種MOSFET器件，包括肖特基二極管1和溝槽MOSFET2；

其中，溝槽MOSFET2由下到上依次包括N+襯底21、耐壓漂移區(qū)22、P型體區(qū)外延層23和N+源區(qū)外延層24，且每相鄰兩層之間均緊密接觸；溝槽MOSFET2的上端中間位置開設(shè)有柵區(qū)溝槽25；溝槽MOSFET2的上端邊緣位置開設(shè)有肖特基溝槽26；柵區(qū)溝槽25和肖特基溝槽26的底面均位于耐壓漂移區(qū)22的內(nèi)部；肖特基溝槽26的深度大于柵區(qū)溝槽25的深度；

溝槽MOSFET2還包括柵電極27；柵電極27固定設(shè)置在柵區(qū)溝槽25中；柵區(qū)溝槽25與柵電極27之間存在柵氧化層28；柵電極27高出柵區(qū)溝槽25的部分的外圍設(shè)置有柵電極絕緣保護層29；

肖特基二極管1的下端通過肖特基溝槽26與溝槽MOSFET2的上端配合；

肖特基二極管1與溝槽MOSFET2的源極共用金屬電極。

本實用新型提供的一種MOSFET器件，分析其主要結(jié)構(gòu)可知：上述MOSFET器件主要由肖特基二極管1和溝槽MOSFET2組成；肖特基二極管1的下端與溝槽MOSFET2的上端緊密貼合。

在上述溝槽MOSFET2的具體結(jié)構(gòu)中，其最底部為N+襯底21，且由下而上依次延伸出耐壓漂移區(qū)22、P型體區(qū)外延層23和N+源區(qū)外延層24，且每相鄰兩層之間均緊密接觸，以達到相互之間能夠?qū)щ姷哪康模恍ぬ鼗O管1對包圍在其內(nèi)部的耐壓漂移區(qū)22的部分區(qū)域形成一個屏蔽區(qū)222。

溝槽MOSFET2的上端中間位置開設(shè)有柵區(qū)溝槽25，在柵區(qū)溝槽25的內(nèi)壁上覆蓋有柵氧化層28，在柵氧化層28的內(nèi)側(cè)又設(shè)置有柵電極27，而因柵電極27高出柵區(qū)溝槽25的部分的表面又覆蓋有柵電極絕緣保護層29，故而柵電極27被柵氧化層28和柵電極絕緣保護層29完全包圍，達到絕緣的目的。

溝槽MOSFET2的上端邊緣位置開設(shè)有肖特基溝槽26，肖特基溝槽26與肖特基二極管1的下端緊密配合，形成肖特基結(jié)，肖特基溝槽26的深度大于上述柵區(qū)溝槽25的深度，并將上述柵區(qū)溝槽25包圍起來，進而，由肖特基結(jié)對柵區(qū)溝槽25的底部形成電場屏蔽，降低了柵區(qū)溝槽25的底部電場，改善了柵氧化層28的可靠性；其中，柵區(qū)溝槽25的底部位置要在耐壓漂移區(qū)22內(nèi)，這樣，才能保證溝道的結(jié)構(gòu)質(zhì)量以及電場屏蔽效果。

另外，肖特基二極管1與溝槽MOSFET2的源極要共用金屬電極。

因此，本實用新型提供的MOSFET器件，無需采用特殊的柵氧材料便克服了溝道柵氧化層可靠性不足的問題，使得MOSFET器件的制造工藝更加便捷，節(jié)約了成本。

需要說明的是，N+即代表重摻雜的N型半導體。

上述MOSFET器件的制造方法如下：

步驟一，將一塊重摻雜的N型寬禁帶半導體(優(yōu)選碳化硅半導體或氮化鎵半導體)材料作為襯底，在其上表面進行同質(zhì)N型外延形成耐壓漂移區(qū)22，然后在耐壓漂移區(qū)22的基礎(chǔ)上再進行P型外延形成P型體區(qū)外延層23，最后在P型體區(qū)外延層23的基礎(chǔ)上再進行N型重摻雜外延形成N+源區(qū)外延層24，由耐壓漂移區(qū)22、P型體區(qū)外延層23和N+源區(qū)外延層24形成基體(具體參見圖1)。

步驟二，在N+源區(qū)外延層24的上表面淀積溝槽刻蝕掩蔽膜，形成第一掩膜層(圖中未示出)；并在第一掩膜層的表面進行光刻、刻蝕處理，進而在N+源區(qū)外延層24的中間位置處形成柵區(qū)溝槽刻蝕窗口(圖中未示出)；

在柵區(qū)溝槽刻蝕窗口的位置，對基體進行刻蝕，刻蝕到耐壓漂移區(qū)22的內(nèi)部，形成柵區(qū)溝槽25(具體參見圖2)。

步驟三，在柵區(qū)溝槽25的內(nèi)壁，進行熱氧化或淀積，形成柵氧化層28；

在柵氧化層28的內(nèi)側(cè)，再進行淀積，并通過光刻、刻蝕形成柵電極27；

在柵電極27的表面進行鈍化層淀積，通過光刻、刻蝕形成柵電極絕緣保護層29(具體參見圖3)。

步驟四，在N+源區(qū)外延層24的上表面淀積溝槽刻蝕掩蔽膜,形成第二掩膜層(圖中未示出)；并在第二掩膜層的表面進行光刻、刻蝕處理，進而在N+源區(qū)外延層24的兩側(cè)邊緣位置處形成肖特基溝槽刻蝕窗口(圖中未示出)；

在肖特基溝槽刻蝕窗口的位置，對基體進行刻蝕，刻蝕到耐壓漂移區(qū)22的內(nèi)部，形成肖特基溝槽26，且肖特基溝槽26的深度要大于柵區(qū)溝槽25的深度；最終形成溝槽MOSFET2(具體參見圖4)。

步驟五，在肖特基溝槽26的表面進行肖特基勢壘金屬淀積、退火，形成肖特基二極管1；溝槽MOSFET2與肖特基二極管1共用金屬電極(具體參見圖5)。

在上述MOSFET器件的制造方法中，采用寬禁帶半導體(優(yōu)選碳化硅半導體或氮化鎵半導體)作為材料，將重摻雜的N型寬禁帶半導體材料作為襯底；利用外延技術(shù)從襯底的上表面依次進行同質(zhì)N型外延、P型外延和N型重摻雜外延，由下而上依次形成耐壓漂移區(qū)22、P型體區(qū)外延層23和N+源區(qū)外延層24，這使得MOSFET器件的摻雜區(qū)，全部在外延片外延的過程中進行，克服了碳化硅材料的雜質(zhì)摻雜、擴散困難的問題，且這種制造方法能夠在現(xiàn)有的硅材料功率MOSFET器件的生產(chǎn)線上進行生產(chǎn)，不需購進新設(shè)備，從而節(jié)約了很大的成本。

在進行柵區(qū)溝槽25和肖特基溝槽26的刻蝕過程中，在需要進行刻蝕的基體表面淀積溝槽刻蝕掩蔽膜，盡量保證在對基體進行刻蝕時，不損壞基體其他地方的完整度；之后采用光刻、刻蝕技術(shù)依次形成柵區(qū)溝槽25和肖特基溝槽26。

柵區(qū)溝槽25形成后，在其內(nèi)壁上進行熱氧化或者淀積，形成柵氧化層28，需要另外加特殊材料；之后，在柵氧化層28的內(nèi)側(cè)進行淀積，并在淀積形成的結(jié)構(gòu)上進行光刻、刻蝕形成柵電極27；然后，在柵電極27的表面進行鈍化層淀積，并對鈍化層進行光刻、刻蝕形成柵電極絕緣保護層29，柵電極絕緣保護層29將柵電極27在柵區(qū)溝槽25的上部的部分完全包圍，使得柵電極27與外部結(jié)構(gòu)絕緣，得到最終的溝槽MOSFET2。

最后在肖特基溝槽26上進行肖特基勢壘金屬淀積及退火，形成肖特基二極管1，肖特基二極管1對包圍在其內(nèi)部的耐壓漂移區(qū)22的部分區(qū)域形成一個屏蔽區(qū)222。

在本實用新型提供的MOSFET器件的具體結(jié)構(gòu)中，肖特基二極管1包括中央溝槽(圖中未示出)和外凸起部11；外凸起部11用來與溝槽MOSFET2上的肖特基溝槽26配合，中央溝槽用來與溝槽MOSFET2上端的柵電極絕緣保護層29配合。

特別地，P型體區(qū)外延層23的厚度應設(shè)置在0.1μm-1μm之間，以增大MOSFET器件上的溝道電子遷移率，降低溝道電阻。

依據(jù)上述MOSFET器件的制造方法的三種改進方式，可形成如下三種結(jié)構(gòu)：

參見圖6、或圖7、圖8、圖9或圖10，增加N1濃摻雜外延層221的情況：

在器件結(jié)構(gòu)上，N1濃摻雜外延層221設(shè)置在耐壓漂移區(qū)22的頂面上，即N1濃摻雜外延層221位于耐壓漂移區(qū)22與P型體區(qū)外延層23之間；另外，N1濃摻雜外延層221位于屏蔽區(qū)222內(nèi)，柵區(qū)溝槽25的底面位于N1濃摻雜外延層221中，以到達如上所述的目的。

參見圖11、圖12或圖13，增加柵氧化層28的底部厚度的情況：

在器件結(jié)構(gòu)上，柵氧化層28的底部厚度要大于其側(cè)面厚度，進而使得寬禁帶半導體MOSFET器件的性能有所提高。

參見圖14、圖15或圖16，增加N1濃摻雜外延層221與增加柵氧化層28的底部厚度的組合方案，既可降低屏蔽區(qū)222的電阻，又可提高寬禁帶半導體MOSFET器件的性能。

具體的，肖特基溝槽26為環(huán)形結(jié)構(gòu)件，并利用這種結(jié)構(gòu)將溝槽MOSFET2的上半部分包圍起來，并在耐壓漂流區(qū)22中形成屏蔽區(qū)222.

特別地，N+襯底21對設(shè)置在其上的結(jié)構(gòu)，起到了支撐作用，故而N+襯底21的厚度不能太薄，否則容易發(fā)生變形，可將厚度設(shè)置在5μm-500μm之間。

另外，N+源區(qū)外延層24應該盡量地薄，厚度應小于1μm；最優(yōu)的，厚度選為0.5μm。

綜上所述，本實用新型實施例提供的MOSFET器件，能夠降低溝道電阻，增強柵氧化層的可靠性；使得寬禁帶半導體MOSFET器件的性能得以提高，制造成本得以降低。所以，本實用新型實施例提供的MOSFET器件的制造方法及其器件，必將帶來良好的市場前景。

最后應說明的是：以上各實施例僅用以說明本實用新型的技術(shù)方案，而非對其限制；盡管參照前述各實施例對本實用新型進行了詳細的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應當理解：其依然可以對前述各實施例所記載的技術(shù)方案進行修改，或者對其中部分或者全部技術(shù)特征進行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本實用新型各實施例技術(shù)方案的范圍。