一种金属氧化物-场效应晶体管功率器件及其制备方法与流程

本发明涉及半导体，尤其涉及一种金属氧化物-场效应晶体管功率器件及其制备方法。

背景技术：

1、和硅基金属-氧化物场效应晶体管(metal-oxide-semiconductor field effecttransistor，mosfet)相比，第三代半导体mosfet器件具有耐高压、耐高温以及功耗低等优势，在智能电网和新能源汽车等行业具有巨大的应用潜力。

2、第三代半导体mosfet器件以sic mosfet器件和gan场效应晶体管(field effecttransistor，fet)/gan高电子迁移率晶体管(high electron mobility transistors，hemt)器件为代表，但目前第三代半导体mosfet器件的导通电阻难以满足要求，有效降低第三代半导体mosfet器件的导通电阻是功率器件工程师在设计阶段需要考虑的主要问题。

技术实现思路

1、本发明提供了一种金属氧化物-场效应晶体管功率器件及其制备方法，以降低mosfet功率器件的导通电阻。

2、第一方面，本发明提供了一种金属-氧化物场效应晶体管功率器件，其中，该器件包括：

3、衬底；

4、外延层，外延层位于衬底的一侧，外延层远离衬底的一侧设置有漂移区和体区；

5、第一极性晶体外延层，第一极性晶体外延层内嵌于体区，第一极性晶体外延层包括至少两种子外延层；在垂直于衬底指向外延层的方向上，相邻设置的两子外延层的相对表面属于不同的晶面族的晶面；第一极性晶体外延层的导电类型和体区的导电类型相反；第一极性晶体外延层构成有源区的第一有源区；

6、栅极结构，栅极结构位于外延层远离衬底的一侧；

7、源极，源极位于外延层远离衬底的一侧，覆盖部分第一有源区；

8、漏极，漏极位于衬底远离外延层的一侧。

9、可选地，金属-氧化物场效应晶体管功率器件还包括第二极性晶体外延层，第二极性晶体外延层内嵌于体区，第二极性晶体外延层和第一极性晶体外延层相邻设置，第二极性晶体外延层包括至少两种子外延层；在垂直于衬底指向外延层的方向上，相邻设置的两子外延层的相对表面属于不同的晶面族的晶面；第二极性晶体外延层的导电类型和体区的导电类型相同；第二极性晶体外延层构成有源区的第二有源区。

10、可选地，金属-氧化物场效应晶体管功率器件包括平面型结构、单沟槽型结构以及双沟槽型结构中的至少一种。

11、可选地，金属-氧化物场效应晶体管功率器件包括平面型结构；

12、金属-氧化物场效应晶体管功率器件设置有jfet区；

13、金属-氧化物场效应晶体管功率器件还包括第三极性晶体外延层，第三极性晶体外延层位于jfet区，第三极性晶体外延层包括至少两种子外延层；在垂直于衬底指向外延层的方向上，相邻设置的两子外延层的相对表面属于不同的晶面族的晶面。

14、可选地，衬底包括碳化硅衬底，外延层包括碳化硅外延层，子外延层包括碳化硅子外延层；

15、在垂直于衬底指向外延层的方向，相邻两子外延层的相对表面属于{0001}晶面族、{0338}晶面族、{1010}晶面族以及{1120}晶面族中的至少两种晶面族的晶面。

16、可选地，在垂直于衬底指向外延层的方向，相邻两子外延层的相对表面分别属于{0001}晶面族和{0338}晶面族中的晶面。

17、可选地，在垂直于衬底指向外延层的方向，相邻两子外延层的相对表面分别是(0001)晶面和(0338)晶面。

18、可选地，碳化硅外延层包括4h-sic外延层。

19、可选地，衬底包括碳化硅衬底，外延层包括氮化镓外延层，子外延层包括氮化镓子外延层。

20、可选地，衬底为极性晶体衬底，外延层为极性晶体外延层；

21、衬底和外延层的相对表面属于相同的晶面族的晶面。

22、可选地，衬底包括碳化硅衬底，外延层包括碳化硅外延层，子外延层包括碳化硅子外延层；衬底和外延层的相对表面是(0001)晶面。

23、第二方面，本发明提供了一种金属-氧化物场效应晶体管功率器件的制备方法，其中，该方法包括：

24、提供衬底；

25、在衬底的一侧形成外延层，其中，外延层远离衬底的一侧设置有漂移区和体区；

26、形成第一极性晶体外延层，其中，第一极性晶体外延层内嵌于体区，第一极性晶体外延层包括至少两种子外延层，在垂直于衬底指向外延层的方向上，相邻设置的两子外延层的相对表面属于不同的晶面族的晶面；第一极性晶体外延层的导电类型和体区的导电类型相反；第一极性晶体外延层构成有源区的第一有源区；

27、在外延层远离衬底的一侧形成栅极结构；

28、在外延层远离衬底的一侧形成源极，其中，源极覆盖部分第一有源区；

29、在衬底远离外延层的一侧形成漏极。

30、本发明的技术方案，第一极性晶体外延层构成有源区的第一有源区，设置第一极性晶体外延层包括至少两种子外延层，且在垂直于衬底指向外延层的方向上，相邻设置的两个子外延层的相对表面属于不同的晶面族的晶面，即相邻设置的两个子外延层的相对表面对应的晶面具有不同的晶格常数，从而在相邻设置的两个子外延层的相对表面之间存在局部应变，进而有效提高了载流子迁移率，从而降低了金属-氧化物场效应晶体管功率器件的导通电阻，提高了相同芯片面积的电流密度。

31、应当理解，本部分所描述的内容并非旨在标识本发明的实施例的关键或重要特征，也不用于限制本发明的范围。本发明的其它特征将通过以下的说明书而变得容易理解。

技术特征：

1.一种金属-氧化物场效应晶体管功率器件，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的金属-氧化物场效应晶体管功率器件，其特征在于，

3.根据权利要求1所述的金属-氧化物场效应晶体管功率器件，其特征在于，所述金属-氧化物场效应晶体管功率器件包括平面型结构、单沟槽型结构以及双沟槽型结构中的至少一种。

4.根据权利要求3所述的金属-氧化物场效应晶体管功率器件，其特征在于，所述金属-氧化物场效应晶体管功率器件包括平面型结构；

5.根据权利要求1-4任一所述的金属-氧化物场效应晶体管功率器件，其特征在于，所述衬底包括碳化硅衬底，所述外延层包括碳化硅外延层，所述子外延层包括碳化硅子外延层；

6.根据权利要求5所述的金属-氧化物场效应晶体管功率器件，其特征在于，在垂直于所述衬底指向所述外延层的方向，相邻两子外延层的相对表面分别属于{0001}晶面族和{0338}晶面族中的晶面。

7.根据权利要求6所述的金属-氧化物场效应晶体管功率器件，其特征在于，在垂直于所述衬底指向所述外延层的方向，相邻两子外延层的相对表面分别是(0001)晶面和(0338)晶面。

8.根据权利要求5所述的金属-氧化物场效应晶体管功率器件，其特征在于，所述碳化硅子外延层包括4h-sic子外延层。

9.根据权利要求1-4任一所述的金属-氧化物场效应晶体管功率器件，其特征在于，所述衬底包括碳化硅衬底，所述外延层包括氮化镓外延层，所述子外延层包括氮化镓子外延层。

10.根据权利要求1-4任一所述的金属-氧化物场效应晶体管功率器件，其特征在于，所述衬底为极性晶体衬底，所述外延层为极性晶体外延层；

11.根据权利要求10所述的金属-氧化物场效应晶体管功率器件，其特征在于，所述衬底包括碳化硅衬底，所述外延层包括碳化硅外延层，所述子外延层包括碳化硅子外延层；所述衬底和所述外延层的相对表面是(0001)晶面。

12.一种金属-氧化物场效应晶体管功率器件的制备方法，其特征在于，包括：

技术总结
本发明公开了一种金属‑氧化物场效应晶体管功率器件及其制备方法，其中，该器件包括：衬底；外延层，外延层位于衬底的一侧，外延层远离衬底的一侧设置有漂移区和体区；第一极性晶体外延层，第一极性晶体外延层包括至少两种子外延层，在垂直于衬底指向外延层的方向上，相邻设置的两子外延层的相对表面属于不同的晶面族的晶面；第一极性晶体外延层的导电类型和体区的导电类型相反；栅极结构，栅极结构位于外延层远离衬底的一侧；源极，源极位于外延层远离衬底的一侧，覆盖部分第一有源区；漏极，漏极位于衬底远离外延层的一侧。本发明实施例提供的技术方案有效降低了金属‑氧化物场效应晶体管功率器件的导通电阻。

技术研发人员：林青,吴昌林,张杰
受保护的技术使用者：上海陆芯电子科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/12/5