场效应晶体管和用于制造场效应晶体管的方法与流程

本发明涉及一种场效应晶体管，特别是所谓的沟槽mosfet，以及一种用于制造这种场效应晶体管的方法。

背景技术：

1、场效应晶体管(fet)、尤其所谓的mosfet用于各种不同领域。其中一种变体是所谓的沟槽mosfet或t-mosfet，在这些沟槽mosfet中通道垂直构造。在这里，例如n掺杂的源极层和位于源极层与n掺杂的漂移层之一之间的通道层被沟槽(英文trenches)穿过，栅电极则布置在这样的沟槽中。

技术实现思路

1、根据本发明，提出一种场效应晶体管和用于制造场效应晶体管的方法。有利构型是改进技术方案和以下说明书的主题。

2、本发明涉及场效应晶体管及其制造方法，具体说特别是具有沟槽或者说沟道的场效应晶体管。在半导体材料中使用不同类型的掺杂，即n掺杂和p掺杂，其中，不同的组分可以不同地掺杂。在下文中，为了更好地理解，场效应晶体管将以特定掺杂类型来说明，n掺杂应为第一类型掺杂，p掺杂应为第二类型掺杂。然而应当理解，n掺杂和p掺杂也可以互换，即n掺杂可以是第二类型掺杂而p掺杂可以是第一类型掺杂。

3、场效应晶体管具有例如n掺杂的源极层和n掺杂的漏极层(尤其包括n掺杂的漂移层，例如作为所谓外延层或外延的层施加)。此外，场效应晶体管具有垂直地处于n掺杂的源极层和n掺杂的漂移层之间的通道层。通道层可以至少部分地是p掺杂的。但在鳍小于约300nm的情况下例如也可能的是，通道层仅n掺杂。典型地，n掺杂的漏极层包括n掺杂的漂移层和n掺杂的扩展层，该扩展层比n掺杂的漂移层具有更高的n掺杂。该n掺杂的扩展层垂直地设置在通道层和n掺杂的漂移层之间。该n掺杂的扩展层可以例如通过对n掺杂的漏极层的一部分进行适当掺杂来获得。此外，这种场效应晶体管典型地具有栅极沟槽，所述栅极沟槽在垂直方向上从n掺杂的源极层延伸到n掺杂的漂移层并与通道层邻接，尤其也穿过通道层。

4、场效应晶体管还可以具有至少部分地被电介质(例如所谓的栅极氧化物)包围的栅电极，具体说尤其被这样包围：由此使得栅电极相对于n掺杂的源极层、通道层和n掺杂的漏极层被绝缘。在每个栅极沟槽中可以布置一个这样的栅电极。还可以将栅极沟槽中的栅电极划分成两个，使得通过划分产生的两个电极中的每一个在沟槽中各与栅极沟槽的两个侧壁中的一个相邻。在电极之间通过该划分可以使源电极通到沟槽底部或沟道底部，以便接触可能位于该沟槽下方或某些沟槽下方的p屏蔽掺杂。在两个彼此并排的栅极沟槽之间则例如分别形成或存在一个隔片，即所谓的鳍。在这种情况下也称为所谓的鳍式fet或鳍式mosfet。

5、应当理解，这种场效应晶体管除了栅电极之外还具有源极端子和漏极端子，它们能够以传统方式构造。

6、沟槽mosfet、从而鳍式fet的一个特别优点是，由于垂直布置，可以并排布置许多栅电极。该场效应晶体管尤其可以构造为sic场效应晶体管或gan场效应晶体管，即衬底和/或一般使用的半导体材料可以是碳化硅(sic)或氮化镓(gan)，因为这些半导体材料具有宽的带隙。然而也考虑具有超宽带隙的半导体材料，例如氧化镓。

7、在t-mosfet中以及也在鳍式fet中，鳍和栅极沟槽典型地布置在单元场(zellenfeld)中。鳍在单元场中通常相互平行并且水平地(即在所提到的不同层的延伸平面中；相反，垂直方向理解为垂直于该延伸平面)延伸。

8、单元场通常被边缘屏蔽区包围，该边缘屏蔽区用于不是突然地、而是分级地减弱边缘处的电场。在传统的t-mosfet中，在制造时仅蚀刻单元场中的栅极沟槽(或沟道)；两个栅极沟槽之间的区域通常明显宽于鳍式fet的鳍。而在鳍式fet中，特别是在功率鳍式mosfet中，在单元场中除了(通常非常窄的)鳍之外的所有区都被蚀刻(即去除相应的材料)，即栅极沟槽以及单元场边缘处的区域。这在鳍式fet中导致，(窄的)鳍至少在置入栅电极之前是空出的并且因此是机械不稳定的。

9、在本发明中，现在提出一种消除该缺陷的可能性，其方式是，设置用于鳍的支撑结构。这种支撑结构可以例如通过反映出鳍和支撑结构的合适的掩模来产生。因而例如在蚀刻时不仅保留鳍而且也保留支撑结构。

10、在一个实施方式中，支撑结构在垂直方向上从第一类型掺杂的源极层延伸到第一类型掺杂的漏极层。因而，支撑结构的高度(在垂直方向上的延伸尺度)可以相当于鳍的高度。

11、在一个实施方式中，支撑结构包括一个或多个支撑件(或隔片)，这些支撑件分别将两个并排的鳍连接。优选，鳍中的一个或多个分别配属有恰好一个支撑件。以这种方式，总共需要较少的支撑件(并且因此需要小的支撑结构)。但同样也可以是，鳍中的一个或多个分别刚好配属有两个支撑件，这些支撑件布置在对应的鳍的不同侧上(即一个达到并排的鳍，一个达到另一并排的鳍)。这可以实现更好的稳定性。

12、在一个实施方式中，支撑结构包括一个或多个支撑件，这些支撑件分别仅附接到鳍中的一个上。因此能够实现从单元场的一端部到另一端部的连续栅极沟槽。优选，所述支撑结构包括成对分组的多个支撑件，其中，一对支撑件在相同高度上(在鳍的水平延伸方向上看)在两侧附接在对应的一个鳍上。在此，每个鳍可以配属有多个支撑件。同样，支撑结构也可以包括多个支撑件，其中，多个支撑件中的至少两个在不同高度上在两侧附接在对应的一个鳍上。这允许在鳍的延伸方向上通过较少支撑件实现稳定性。

13、这种场效应晶体管可以单独地或与其他场效应晶体管一起使用，例如用作功率开关。优选的应用领域例如是在车辆的电驱动系中，例如在电流转换器(dc/dc转换器、逆变器)中，在电动车辆的充电器中或在太阳能逆变器中。

技术特征：

1.场效应晶体管(200a、200b、200c)，具有：第一类型掺杂的源极层(104)、第一类型掺杂的漏极层(120)、垂直地位于第一类型掺杂的源极层和第一类型掺杂的漏极层(120)之间的通道层(106)以及特别是水平延伸的鳍和栅极沟槽，其中，所述鳍和栅极沟槽分别在垂直方向上从第一型掺杂的源极层(104)延伸到第一类型掺杂的漏极层(120)，并且，所述栅极沟槽分别构造在两个并排的鳍之间，

2.根据权利要求1所述的场效应晶体管(200a、200b、200c)，其中，所述支撑结构在垂直方向上从第一类型掺杂的源极层(104)延伸到第一类型掺杂的漏极层(120)。

3.根据权利要求1或2所述的场效应晶体管(200a、200b)，其中，所述支撑结构(308)包括一个或多个支撑件(250.1a、250.2a)，所述支撑件分别将两个并排的鳍连接。

4.根据权利要求3所述的场效应晶体管(200a)，其中，所述鳍中的一个或多个分别配属有刚好一个支撑件。

5.根据权利要求3或4所述的场效应晶体管(200b、200c)，其中，所述鳍中的一个或多个分别配属有刚好两个支撑件，所述支撑件布置在对应的鳍的不同侧上。

6.根据前述权利要求中任一项所述的场效应晶体管(200c)，其中，所述支撑结构包括一个或多个支撑件(250.1c、250.2c)，所述支撑件分别仅附接到所述鳍中的一个上。

7.根据权利要求6所述的场效应晶体管(200c)，其中，所述支撑结构包括成对分组的多个支撑件，其中，一对支撑件分别附接在所述鳍中的一个鳍的两侧的相同高度上。

8.根据权利要求7所述的场效应晶体管(200c)，其中，每个鳍配属有多个支撑件。

9.根据权利要求6或7所述的场效应晶体管(200c)，其中，所述支撑结构包括多个支撑件，其中，所述多个支撑件中的至少两个支撑件分别附接在所述鳍中的一个鳍的两侧的不同高度上。

10.根据前述权利要求之一所述的场效应晶体管(200a、200b、200c)，还具有在栅极沟槽(111)中的栅电极(110、210)，所述栅电极分别至少部分地被电介质包围，其中，所述栅电极的每个区域分别与至少一个用于接触的开口面连接。

11.根据前述权利要求之一所述的场效应晶体管(200a、200b、200c)，其构造为碳化硅场效应晶体管或氮化镓场效应晶体管或氧化镓场效应晶体管。

12.用于制造尤其是根据前述权利要求之一所述的场效应晶体管(200a、200b、200c)的方法，包括以下步骤：

13.根据权利要求12所述的方法，其中，所述鳍和支撑结构(308)的构造(306)使用掩模(310)进行，所述掩模反映出鳍和支撑结构。

技术总结
本发明涉及一种场效应晶体管(200a、200b、200c)，具有：第一类型掺杂的源极层(104)、第一类型掺杂的漏极层(120)、垂直地位于第一类型掺杂的源极层和第一类型掺杂的漏极层(120)之间的通道层(106)以及特别是水平延伸的鳍和栅极沟槽，其中，所述鳍和栅极沟槽分别在垂直方向上从第一型掺杂的源极层(104)延伸到第一类型掺杂的漏极层(120)，并且，所述栅极沟槽分别构造在两个并排的鳍之间，其中，所述场效应晶体管(200a、200b、200c)还具有用于鳍(226)的支撑结构(308)。本发明还涉及一种用于制造所述场效应晶体管的方法。

技术研发人员：D·克雷布斯
受保护的技术使用者：罗伯特·博世有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/11/7