集成低势垒二极管的沟槽型绝缘栅场效应管及其制造方法

本公开涉及半导体，特别是涉及集成低势垒二极管的沟槽型绝缘栅场效应管及其制造方法。

背景技术：

1、金属-氧化物半导体场效应晶体管（mosfet）可在电路中起到开关作用。mosfet器件的开关损耗低、易驱动，因此其在电网、新能源汽车、国防军工等许多领域中发挥了重要的作用。

2、为了进一步提高mosfet的静态性能，技术路线逐渐从平面栅mosfet过渡到沟槽栅mosfet，沟槽栅mosfet通过去除结型场效应晶体管（jfet）区域电阻、提高沟道迁移率以及缩小元胞宽度降低了导通电阻。

3、在将沟槽栅mosfet应用在高电场环境之下时，其层次结构特性造成其整体可靠性受到挑战。

技术实现思路

1、基于此，提供一种集成低势垒二极管的沟槽型绝缘栅场效应管，以有助于降低体二极管续流损耗，同时改善mosfet体二极管双极型退化带来可靠性问题。

2、在第一方面，本公开实施方式提供一种用于制造集成低势垒二极管的沟槽型绝缘栅场效应管的方法，该方法包括：在预制半导体结构形成第一槽，其中，预制半导体结构包括叠层结构和第二源接触区，叠层结构包括依次堆叠的复合衬底、保护层、第一扩散区、沟道层及第一源接触区，复合衬底、第一扩散区及第一源接触区具有第一掺杂类型，沟道层、第二源接触区及保护层具有第二掺杂类型，第二源接触区与沟道层电性连接，其中，第一槽与第二源接触区被第一源接触区隔开，第一槽贯穿第一源接触区和沟道层并延伸入第一扩散区；形成具有第一掺杂类型的第二扩散区，其中，第二扩散区至少自第一槽的底面沿堆叠方向贯穿保护层并延伸入复合衬底，第二扩散区与第一扩散区电性连接；在预制半导体结构形成第二槽，其中，第二槽位于第二源接触区背离第一槽的一侧，并贯穿第一源接触区及沟道层，第二槽暴露出第一扩散区；形成位于第一槽内的栅氧结构；以及形成位于第二槽内的源极延伸部，其中，源极延伸部与第一扩散区实现电性接触。

3、本公开实施方式提供的方法，通过形成第二槽，可将第一扩散区暴露出来，继而通过形成源极延伸部，使得该方法所制造的集成低势垒二极管的沟槽型绝缘栅场效应管中第一扩散区被源极延伸部电性接触，而沟道层和保护层形成了堆叠方向的夹断，源极延伸部与第一扩散区形成的结构的退化风险较低。本公开实施方式提供的方法在形成沟槽型绝缘栅场效应管的过程中，集成了低势垒二极管作为续流二极管，降低了体二极管损耗，同时避免了双极型退化，提升了沟槽型绝缘栅场效应管的可靠性。此外，通过形成第一扩散区，可有助于扩散沟槽型绝缘栅场效应管的电流，还配合保护层使得形成于第一槽的栅氧结构可受到保护。

4、在一些实施方式中，源极延伸部与第一扩散区实现欧姆接触。示例性地，该方法包括形成第一扩散区的步骤。示例性地，可形成厚度在0.2μm至1μm的范围内的第一扩散区。

5、如此设置，可使沟道层与保护层形成夹断势垒二极管。该二极管的势垒高度由第一扩散区的厚度控制，且连续可调。

6、在一些实施方式中，形成源极延伸部的步骤包括：形成第一金属层，其中，第一金属层与第一扩散区实现肖特基接触；及形成第二金属层，其中，第二金属层与第一金属层电性连接。

7、本公开实施方式提供的方法，通过形成第一金属层实现了对第一扩散区进行肖特基接触，使得该方法形成的集成低势垒二极管的沟槽型绝缘栅场效应管中形成了肖特基二极管，而沟道层和保护层可形成夹断，肖特基势垒并未直接暴露在垂直的电场方向。该方法形成的集成低势垒二极管的沟槽型绝缘栅场效应管高压可靠、短路过程有优势。

8、在一些实施方式中，第二槽沿堆叠方向贯穿第一扩散区。

9、如此设置，使得所形成的源极延伸区在不同方向接触第一扩散区，在保护栅氧结构的情况下，可根据需求而控制第一扩散区内的电场状态。

10、在第二方面，本公开实施方式提供一种集成低势垒二极管的沟槽型绝缘栅场效应管，该集成低势垒二极管的沟槽型绝缘栅场效应管包括：叠层结构，包括依次堆叠的复合衬底、保护层、第一扩散区、沟道层及第一源接触区，复合衬底、第一扩散区及第一源接触区具有第一掺杂类型，沟道层和保护层具有第二掺杂类型；第二源接触区，具有第二掺杂类型，第二源接触区与沟道层电性连接；第二扩散区，具有第一掺杂类型，沿堆叠方向贯穿保护层并延伸入复合衬底，第二扩散区与第一扩散区电性连接；栅氧结构，贯穿第一源接触区和沟道层，并延伸入第二扩散区，栅氧结构与第二源接触区被第一源接触区隔开；以及源极延伸部，位于第二源接触区背离栅氧结构的一侧，源极延伸部贯穿第一源接触区及沟道层，源极延伸部与第一扩散区实现电性接触。

11、通过设置源极延伸部与第一扩散区电性接触，该集成低势垒二极管的沟槽型绝缘栅场效应管能够较好地消除其结构中续流二极管的退化风险，能够得到更广泛的应用。此外，该集成低势垒二极管的沟槽型绝缘栅场效应管的第一扩散区用于扩散器件电流并可配合保护层保护栅氧结构。

12、在一些实施方式中，源极延伸部与第一扩散区实现欧姆接触。

13、如此设置，有助于使沟道层与保护层形成夹断势垒二极管。此二极管的势垒高度可受到较好的控制，提升了集成低势垒二极管的沟槽型绝缘栅场效应管的适应性。

14、在一些实施方式中，源极延伸部包括第一金属层和第二金属层，第一金属层与第一扩散区实现肖特基接触，第二金属层与第一金属层电性连接。

15、该集成低势垒二极管的沟槽型绝缘栅场效应管中，第一金属层与第一扩散区实现肖特基接触，形成在堆叠方向的垂向上的肖特基二极管，并且沟道层与保护层形成堆叠方向的夹断。在高压状态中，肖特基势垒并未直接暴露在垂直的电场方向，能抑制表面势垒高度降低；在短路过程中，由于集成低势垒二极管的沟槽型绝缘栅场效应管具有该优势，可避免势垒高度降低带来的肖特基结位置的提前失效的问题。

16、在一些实施方式中，源极延伸部沿堆叠方向贯穿第一扩散区。

17、如此设置，可调整肖特基接触或欧姆接触的位置，继而调节势垒与电场的位置关系以抑制表面势垒高度降低。可根据实际需求提供不同的实施例。

18、在一些实施方式中，集成低势垒二极管的沟槽型绝缘栅场效应管具有第一元胞位置和第二元胞位置，第一元胞位置与第二元胞位置相对的方向与堆叠方向垂直并与第二源接触区和栅氧结构相对的方向垂直；第二源接触区位于第一元胞位置的部分沿堆叠方向贯穿沟道层；第二源接触区位于第二元胞位置的部分沿堆叠方向贯穿沟道层及第一扩散区，源极延伸部位于第二元胞位置的部分延伸入第二源接触区并与第二源接触区电性接触。

19、如此设置，在第二元胞位置，源极延伸部与第二源接触区电性接触且第二源接触区与保护层可连接，这有助于在动态过程中抑制保护层的电荷积累。

20、在第三方面，本公开实施方式提供一种电子元件，该电子元件包括：电路；及前述的集成低势垒二极管的沟槽型绝缘栅场效应管，与电路电性连接。

21、通过设置前述集成低势垒二极管的沟槽型绝缘栅场效应管，该电子元件的可控性较高，适用范围较广，集成低势垒二极管的沟槽型绝缘栅场效应管可为电路提供续流二极管的作用，电子元件具有较长的使用寿命。