本發明屬于平面柵mosfet，尤其涉及一種平面柵mosfet結構及其制備方法。

背景技術：

1、平面柵mosfet是一種功率半導體器件，其特點在于柵極是在一個平面上形成的，其具有高耐壓、高開關速度，小體積、低導通損耗等優勢，在各類工作環境中具有廣泛應用。

2、平面柵mosfet?器件的比導通電阻、柵氧電容和柵極漏電是評價器件性能的核心指標，影響器件的性能和成本。

3、其中，柵氧電容是指在mosfet中，柵極與溝道之間的電容。柵氧電容在mosfet中起著控制導通與截止、影響速度與噪聲、決定閾值電壓、影響功耗與可靠性以及作為絕緣介質等多重作用，這些作用共同決定了mosfet的性能和應用范圍。

4、柵氧泄漏電流是指即使在正常工作電壓下，也會有微弱的電流從柵電極與襯底之間通過的現象。這種泄漏電流對mos器件的性能影響很大，因為它會導致器件性能下降、功耗增加等問題。

5、目前，在傳統的平面柵mosfet中，為減小導通電阻，通常會采取薄柵氧的方式，以通過降低柵氧界面態密度以提高溝道遷移率。

6、但是，薄柵氧會導致柵氧電容的增大以及柵氧泄漏電流的增大，影響器件的開關速度和柵極可靠性。

7、故此亟需開發一種平面柵mosfet結構及其制備方法來解決現有技術中的問題。

技術實現思路

1、本發明目的在于提供一種平面柵mosfet結構及其制備方法，在保證溝道遷移率的同時，減小柵氧電容以及柵氧泄漏電流，以解決上述背景技術中提出的傳統薄柵氧導致柵氧電容及柵氧泄漏電流過大的問題。

2、為解決上述技術問題，本發明的具體技術方案如下：

3、一種平面柵mosfet結構，包括元胞結構，所述元胞結構包括：

4、n型襯底；

5、n型外延層，所述n型外延層設置在所述襯底上；

6、p阱區，所述p阱區設置有兩個，兩個p阱區設置在所述n型外延層的頂部兩側，兩個所述p阱區中皆設置有n型區和p型區，兩個p阱區的頂部皆形成有溝道區；兩個p阱區之間形成有jfet區；

7、所述n型外延層的上表面設置有柵氧層，所述柵氧層上設置有柵極結構；所述柵氧層包括第一柵氧區、第二柵氧區和第三柵氧區，所述第一柵氧區位于所述溝道區與所述柵極結構之間，所述第二柵氧區位于所述n型區與所述柵極結構之間，所述第三柵氧區位于所述jfet區與所述柵極結構之間，所述第二柵氧區的最大厚度大于所述第一柵氧區的厚度，所述第三柵氧區的最大厚度大于第一柵氧區的厚度。

8、進一步，所述第一柵氧區的長度大于所述溝道區的長度，所述第一柵氧區覆蓋所述溝道區。

9、進一步，所述第二柵氧區的厚度與第三柵氧區的厚度相同。

10、進一步，所述第一柵氧區的厚度范圍為30nm-60nm，所述第二柵氧區的厚度范圍為60nm-200nm，所述第三柵氧區的厚度范圍為60nm-200nm。

11、進一步，所述第一柵氧區、第二柵氧區及第三柵氧區的厚度包括最大厚度和最小厚度；所述第二柵氧區的最小厚度大于等于所述第一柵氧區的最大厚度，所述第二柵氧區的最大厚度大于所述第一柵氧區的最大厚度；所述第三柵氧區的最小厚度大于等于所述第一柵氧區的最大厚度，所述第三柵氧區的最大厚度大于所述第一柵氧區的最大厚度。

12、進一步，所述第二柵氧區的厚度為漸變厚度，所述第三柵氧區的厚度也為漸變厚度。

13、進一步，所述元胞結構還包括：

14、介質層，所述介質層設置在所述柵氧層及所述柵極結構的上表面；

15、歐姆接觸區，所述歐姆接觸區設置在所述n型區及p型區的頂部；

16、金屬層，所述金屬層設置在所述歐姆接觸區及所述介質層上，連接兩個歐姆接觸區。

17、一種平面柵mosfet結構制備方法，包括如下步驟：

18、提供n型外延片，并在n型外延片中依次構造p阱區、n型區及p型區；

19、獲取第一厚度與第二厚度；根據第一厚度與第二厚度，在n型外延層的上表面構造第一氧化層；其中，所述第一氧化層的厚度為第二厚度與第一厚度的差值；

20、去除溝道區上方的第一氧化層；其中，所述溝道區位于所述p阱區的頂部；

21、在溝道區的上表面及第一氧化層的上表面構造第二氧化層，所述第二氧化層的厚度為第一厚度；

22、構造柵極結構、介質層、歐姆接觸區和金屬層。

23、進一步，所述p阱區、n型區及p型區的構造包括如下步驟：

24、在外延層兩側的頂部注入al離子，形成兩個p阱區，其中，p阱區離子注入的摻雜濃度范圍為1e16cm-3～1e19cm-3；

25、在兩個p阱區的頂部注入al離子，形成兩個p型區，其中，p型區離子注入的摻雜濃度范圍為1e18cm-3～1e21cm-3；

26、在兩個p阱區及p型區中注入n離子，形成兩個n型區，其中，n型區離子注入的摻雜濃度范圍為1e18cm-3～1e21cm-3。

27、進一步，所述構造柵極結構、介質層、歐姆接觸區和金屬層，包括如下步驟：

28、在第二氧化層上構造柵極結構；

29、在第二氧化層及柵極結構上構造介質層；

30、在n型區及p型區的頂部構造歐姆接觸區；

31、在歐姆接觸區及介質層上構造金屬層。

32、本發明具有以下優點：

33、通過柵極氧化物厚度的優化設計，一方面，在溝道區具有較薄的柵極氧化物結構，相比厚柵氧結構，在熱氧或者沉積工藝時，能夠容易形成低界面態密度。這保證平面柵mosfet具有較高的溝道遷移率。另一方面，在jfet區以及n型區具有厚的柵氧結構，能夠最大程度減小mosfet的柵氧電容以及柵氧泄漏電流。假設jfet區以及n型區柵氧厚度加厚一倍，則柵氧電容和柵氧泄漏電流均能減小50%以上。

34、上述方案，柵極氧化物厚度得到優化設計。首先，在柵極氧化物中，存在關系式：柵氧電容，柵氧電場。其中，為柵極氧化物的介電常數，為柵極氧化物的厚度，為柵極氧化物施加電壓。由于jfet區以及n型區柵氧較厚，因此該部分柵氧電容較小，且相同柵氧電壓下的柵氧電場較小，因此柵氧泄漏電流較小。而在溝道區，較薄的柵極氧化物結構有助于實現低界面態密度工藝，故而保證較高的溝道遷移率。

35、本發明的其他特點和優點將會在下面的具體實施方式、附圖中詳細的揭露。

技術特征：

1.一種平面柵mosfet結構，其特征在于，包括元胞結構，所述元胞結構包括：

2.根據權利要求1所述的平面柵mosfet結構，其特征在于，所述第一柵氧區的長度大于所述溝道區的長度，所述第一柵氧區覆蓋所述溝道區。

3.根據權利要求2所述的平面柵mosfet結構，其特征在于，所述第二柵氧區的厚度與第三柵氧區的厚度相同。

4.根據權利要求3所述的平面柵mosfet結構，其特征在于，所述第一柵氧區的厚度范圍為30nm-60nm，所述第二柵氧區的厚度范圍為60nm-200nm，所述第三柵氧區的厚度范圍為60nm-200nm。

5.根據權利要求1-4任一項所述的平面柵mosfet結構，其特征在于，所述第一柵氧區、第二柵氧區及第三柵氧區的厚度包括最大厚度和最小厚度；所述第二柵氧區的最小厚度大于等于所述第一柵氧區的最大厚度，所述第二柵氧區的最大厚度大于所述第一柵氧區的最大厚度；所述第三柵氧區的最小厚度大于等于所述第一柵氧區的最大厚度，所述第三柵氧區的最大厚度大于所述第一柵氧區的最大厚度。

6.根據權利要求5所述的平面柵mosfet結構，其特征在于，所述第二柵氧區的厚度為漸變厚度，所述第三柵氧區的厚度也為漸變厚度。

7.根據權利要求5所述的平面柵mosfet結構，其特征在于，所述元胞結構還包括：

8.一種平面柵mosfet結構制備方法，其特征在于，包括如下步驟：

9.根據權利要求8所述的平面柵mosfet結構制備方法，其特征在于，所述p阱區、n型區及p型區的構造包括如下步驟：

10.根據權利要求8所述的平面柵mosfet結構制備方法，其特征在于，所述構造柵極結構、介質層、歐姆接觸區和金屬層，包括如下步驟：

技術總結
一種平面柵MOSFET結構及其制備方法，屬于平面柵MOSFET技術領域，一種平面柵MOSFET結構，包括元胞結構，所述元胞結構包括：N型襯底；N型外延層；P阱區，兩個P阱區的頂部皆形成有溝道區；兩個P阱區之間形成有JFET區；柵氧層包括第一柵氧區、第二柵氧區和第三柵氧區，第一柵氧區位于溝道區與柵極結構之間，第二柵氧區位于N型區與柵極結構之間，第三柵氧區位于JFET區與柵極結構之間，第二柵氧區的最大厚度大于第一柵氧區的厚度，第三柵氧區的最大厚度大于第一柵氧區的厚度。本申請通過優化MOSFET柵氧的厚度分布，保證溝道處柵氧具有的低界面態密度、高遷移率的導通優勢，降低了柵氧泄漏電流，提高了柵氧可靠性，同時也減小了柵氧電容，提高了MOSFET的開關速度。

技術研發人員：盛況,王珩宇,郭清,張弛,王異凡,曾明全,孫明
受保護的技術使用者：浙江大學
技術研發日：
技術公布日：2025/4/28