【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及半导体，尤其涉及一种元胞结构、功率器件及其制备方法。
技术介绍
1、功率器件是电力电子技术的核心，在电力电子技术朝着高频、高功率密度发展的方向上扮演着重要的角色。现如今通过mos结构控制的功率器件，如igbt和mosfet被广泛应用于电能变换装置中。常见的mos功率器件分为平面栅结构和沟槽栅结构，在阻断状态下，无论平面栅和沟槽栅结构的mos功率器件，除了浅掺杂的外延层结构之外，栅极-外延层之间的栅氧化层的耐压能力也是非常重要。
技术实现思路
1、本专利技术实施例提供一种元胞结构、功率器件及其制备方法，以解决栅氧化层容易被击穿，影响元胞结构的耐压性能的问题。
2、一种元胞结构，包括：
3、衬底；
4、第一导电类型的外延层，设置在所述衬底上方；
5、离子注入区，设置在所述外延层内；
6、栅极区，设置在所述离子注入区上方或者所述离子注入区内，所述栅极区包括栅氧化层，所述栅氧化层与所述外延层相连，所述栅氧化层上与所述外延层相交的区域上形成有栅氧薄弱区；
7、第二导电类型的第一保护埋层，沿竖向方向延伸设置在所述外延层内，第一保护埋层与所述栅氧薄弱区接触，所述第一保护埋层的深度高于所述离子注入区的深度。
8、优选地，所述离子注入区包括第一导电类型的第一欧姆接触区和第二导电类型的隔离层，所述第一欧姆接触区设置在所述隔离层的内侧，所述隔离层的外侧与所述外延层相连，所述隔离层上与所述外延层相交的区域上形
9、所述元胞结构还包括：
10、第二导电类型的第二保护埋层，沿竖向方向延伸设置在所述外延层内，所述第二保护埋层与所述隔离层接触，所述第二保护埋层的深度高于所述隔离层的深度。
11、优选地，所述元胞结构为平面栅结构，所述栅氧化层设置在离子注入区和外延层的上方；
12、所述第一保护埋层设置在所述离子注入区外侧的外延层内，所述第一保护埋层与所述栅氧薄弱区通过第一电极金属接触，所述第一保护埋层与所述离子注入区之间存在导电间隙。
13、优选地，所述栅极区还包括第二导电类型的栅极、层间介质层和栅极金属；
14、所述栅极设置在所述栅氧化层上；
15、所述层间介质层包裹所述栅极并与所述栅氧化层相连；
16、所述栅极金属贯穿所述层间介质层并与所述栅极相连。
17、优选地，所述隔离层包括第二导电类型的第二导电类型的体区和第二导电类型的第二欧姆接触区，所述体区的掺杂浓度小于所述第二欧姆接触区的掺杂浓度；
18、所述体区设置在所述外延层内，所述第二欧姆接触区设置在所述体区内侧的下方区域，所述第一导电类型的第一欧姆接触区设置在所述体区内侧的上方区域；
19、所述第二保护埋层与所述体区的下方和/或所述第二欧姆接触区的下方接触。
20、优选地，所述元胞结构还包括第一电极金属；
21、所述第一电极金属包括设置在所述栅极区上方的电极金属主体、从所述电极金属主体沿竖向方向向下延伸的第一连接部；
22、所述第一连接部设置在所述电极金属主体的边缘位置上，依次贯穿所述层间介质层和所述栅氧化层，并与所述第一保护埋层相连。
23、优选地，所述第一保护埋层的宽度不小于所述第一连接部的宽度。
24、优选地，所述元胞结构还包括第一电极金属；
25、所述第一电极金属包括设置在所述栅极区上方的电极金属主体、从所述电极金属主体沿竖向方向向下延伸的第二连接部；
26、所述第二连接部设置在所述电极金属主体的中间位置上，依次贯穿所述层间介质层、所述栅氧化层、所述第一欧姆接触区和所述第二欧姆接触区，并与所述第二保护埋层相连。
27、优选地，所述第二保护埋层的宽度不小于所述第二连接部的宽度。
28、优选地，至少两个所述元胞结构并联设置，所述第二保护埋层的宽度小于相邻两个所述体区的外边界之间的宽度。
29、优选地，所述第一保护埋层的宽度为w1，所述第二保护埋层的宽度为w2，所述元胞结构的宽度为w3，所述第一保护埋层与所述第二保护埋层之间的距离为l，则(w3-w1-w2)/4<l<w3/2。
30、优选地，所述元胞结构为沟槽栅结构，所述栅氧化层贯穿所述离子注入区与所述外延层相连；
31、所述第一保护埋层设置在所述栅氧化层下方的外延层内，且所述第一保护埋层与所述栅氧化层接触。
32、优选地，所述栅极区还包括第二导电类型的栅极、层间介质层和栅极金属；
33、所述栅极设置在所述栅氧化层内；
34、所述层间介质层设置在所述栅氧化层和所述栅极上方；
35、所述栅极金属贯穿所述层间介质层并与所述栅极相连。
36、优选地，所述第一保护埋层的宽度小于所述栅氧化层的宽度。
37、优选地，所述隔离层包括第二导电类型的体区和第二导电类型的第二欧姆接触区，所述体区的掺杂浓度小于所述第二欧姆接触区的掺杂浓度；
38、所述体区设置在所述外延层内，所述第二欧姆接触区和所述第一欧姆接触区设置在所述体区上方；
39、所述第二保护埋层与体区的外侧和所述第二欧姆接触区的外侧接触。
40、优选地，所述元胞结构还包括第一电极金属；
41、所述第一电极金属包括设置在所述栅极区上方的电极金属主体、从所述电极金属主体沿竖向方向向下延伸的第一连接部；
42、所述第一连接部设置在所述元胞结构外，与所述第一保护埋层相连。
43、优选地，所述第一保护埋层的宽度大于所述第一连接部的宽度。
44、优选地，所述元胞结构还包括第一电极金属；
45、所述第一电极金属包括设置在所述栅极区上方的电极金属主体、从所述电极金属主体沿竖向方向向下延伸的第二连接部；
46、所述第二连接部设置在所述元胞结构的边缘位置上，贯穿所述层间介质层，与所述第一欧姆接触区、所述第二欧姆接触区和所述第二保护埋层相连。
47、优选地，所述第二保护埋层的宽度小于所述第二连接部的宽度。
48、优选地，所述第一欧姆接触区的掺杂浓度和所述第二欧姆接触区的掺杂浓度均为1e18-1e21/cm3。
49、优选地，所述第一保护埋层的深度与所述第二保护埋层的深度相同。
50、优选地，所述外延层的掺杂浓度为1e14-1e17/cm3。
51、一种功率器件，包括上述元胞结构，多个元胞结构并联设置。
52、一种元胞结构制备方法，包括：
53、在衬底上方外延形成第一导电类型的外延层；
54、对所述外延层进行离子注入，形成离子注入区；
55、在所述离子注入区和所述外延层上方形成栅极区，将第二导电类型的第一保护埋层沿竖向方向延伸设置在所述外延层内；或者本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种元胞结构，其特征在于，包括：
2.如权利要求1所述的元胞结构，其特征在于，所述离子注入区包括第一导电类型的第一欧姆接触区和第二导电类型的隔离层，所述第一欧姆接触区设置在所述隔离层的内侧，所述隔离层的外侧与所述外延层相连，所述隔离层上与所述外延层相交的区域上形成阱层薄弱区；
3.如权利要求2所述的元胞结构，其特征在于，所述元胞结构为平面栅结构，所述栅氧化层设置在离子注入区和外延层的上方；
4.如权利要求3所述的元胞结构，其特征在于，所述栅极区还包括第二导电类型的栅极、层间介质层和栅极金属；
5.如权利要求4所述的元胞结构，其特征在于，所述隔离层包括第二导电类型的第二导电类型的体区和第二导电类型的第二欧姆接触区，所述体区的掺杂浓度小于所述第二欧姆接触区的掺杂浓度；
6.如权利要求5所述的元胞结构，其特征在于，所述元胞结构还包括第一电极金属；
7.如权利要求6所述的元胞结构，其特征在于，所述第一保护埋层的宽度不小于所述第一连接部的宽度。
8.如权利要求5所述的元胞结构，其特征在于，所述元胞结构还
9.如权利要求8所述的元胞结构，其特征在于，所述第二保护埋层的宽度不小于所述第二连接部的宽度。
10.如权利要求5所述的元胞结构，其特征在于，至少两个所述元胞结构并联设置，所述第二保护埋层的宽度小于相邻两个所述体区的外边界之间的宽度。
11.如权利要求3所述的元胞结构，其特征在于，所述第一保护埋层的宽度为W1，所述第二保护埋层的宽度为W2，所述元胞结构的宽度为W3，所述第一保护埋层与所述第二保护埋层之间的距离为L，则(W3-W1-W2)/4<L<W3/2。
12.如权利要求2所述的元胞结构，其特征在于，所述元胞结构为沟槽栅结构，所述栅氧化层贯穿所述离子注入区与所述外延层相连；
13.如权利要求12所述的元胞结构，其特征在于，所述栅极区还包括第二导电类型的栅极、层间介质层和栅极金属；
14.如权利要求13所述的元胞结构，其特征在于，所述第一保护埋层的宽度小于所述栅氧化层的宽度。
15.如权利要求13所述的元胞结构，其特征在于，所述隔离层包括第二导电类型的体区和第二导电类型的第二欧姆接触区，所述体区的掺杂浓度小于所述第二欧姆接触区的掺杂浓度；
16.如权利要求15所述的元胞结构，其特征在于，所述元胞结构还包括第一电极金属；
17.如权利要求16所述的元胞结构，其特征在于，所述第一保护埋层的宽度大于所述第一连接部的宽度。
18.如权利要求15所述的元胞结构，其特征在于，所述元胞结构还包括第一电极金属；
19.如权利要求18所述的元胞结构，其特征在于，所述第二保护埋层的宽度小于所述第二连接部的宽度。
20.如权利要求5或15所述的元胞结构，其特征在于，所述第一欧姆接触区的掺杂浓度和所述第二欧姆接触区的掺杂浓度均为1e18-1e21/cm3。
21.如权利要求2-19任一项所述的元胞结构，其特征在于，所述第一保护埋层的深度与所述第二保护埋层的深度相同。
22.如权利要求1-19任一项所述的元胞结构，其特征在于，所述外延层的掺杂浓度为1e14-1e17/cm3。
23.一种功率器件，其特征在于，包括多个权利要求1-22任一项所述元胞结构，多个元胞结构并联设置。
24.一种元胞结构制备方法，其特征在于，包括：
25.如权利要求24所述的元胞结构制备方法，其特征在于，所述对所述外延层进行离子注入，形成离子注入区，包括：
26.如权利要求25所述的元胞结构制备方法，其特征在于，在所述离子注入区和所述外延层上方形成栅极区，包括：
27.如权利要求26所述的元胞结构制备方法，其特征在于，所述将第二导电类型的第一保护埋层沿竖向方向延伸设置在所述外延层内，包括：
28.如权利要求27所述的元胞结构制备方法，其特征在于，在通过所述第一金属接触孔，将所述第一保护埋层设置在所述离子注入区外侧的外延层内，使所述第一保护埋层与所述离子注入区之间存在导电间隙之后，所述元胞结构制备方法还包括：
29.如权利要求28所述的元胞结构制备方法，其特征在于，所述第一保护埋层的宽度不小于所述第一连接部的宽度。
30.如权利要求26所述的元胞结构制备方法，其特征在于，
31.如权利要求30所述的元胞结构制备方法，其特征在于，在所述通过所述第二金属接触孔，使第二导电类型的第二保护埋层与所述体区的下...
【技术特征摘要】
1.一种元胞结构，其特征在于，包括：
2.如权利要求1所述的元胞结构，其特征在于，所述离子注入区包括第一导电类型的第一欧姆接触区和第二导电类型的隔离层，所述第一欧姆接触区设置在所述隔离层的内侧，所述隔离层的外侧与所述外延层相连，所述隔离层上与所述外延层相交的区域上形成阱层薄弱区；
3.如权利要求2所述的元胞结构，其特征在于，所述元胞结构为平面栅结构，所述栅氧化层设置在离子注入区和外延层的上方；
4.如权利要求3所述的元胞结构，其特征在于，所述栅极区还包括第二导电类型的栅极、层间介质层和栅极金属；
5.如权利要求4所述的元胞结构，其特征在于，所述隔离层包括第二导电类型的第二导电类型的体区和第二导电类型的第二欧姆接触区，所述体区的掺杂浓度小于所述第二欧姆接触区的掺杂浓度；
6.如权利要求5所述的元胞结构，其特征在于，所述元胞结构还包括第一电极金属；
7.如权利要求6所述的元胞结构，其特征在于，所述第一保护埋层的宽度不小于所述第一连接部的宽度。
8.如权利要求5所述的元胞结构，其特征在于，所述元胞结构还包括第一电极金属；
9.如权利要求8所述的元胞结构，其特征在于，所述第二保护埋层的宽度不小于所述第二连接部的宽度。
10.如权利要求5所述的元胞结构，其特征在于，至少两个所述元胞结构并联设置，所述第二保护埋层的宽度小于相邻两个所述体区的外边界之间的宽度。
11.如权利要求3所述的元胞结构，其特征在于，所述第一保护埋层的宽度为w1，所述第二保护埋层的宽度为w2，所述元胞结构的宽度为w3，所述第一保护埋层与所述第二保护埋层之间的距离为l，则(w3-w1-w2)/4<l<w3/2。
12.如权利要求2所述的元胞结构，其特征在于，所述元胞结构为沟槽栅结构，所述栅氧化层贯穿所述离子注入区与所述外延层相连；
13.如权利要求12所述的元胞结构，其特征在于，所述栅极区还包括第二导电类型的栅极、层间介质层和栅极金属；
14.如权利要求13所述的元胞结构，其特征在于，所述第一保护埋层的宽度小于所述栅氧化层的宽度。
15.如权利要求13所述的元胞结构，其特征在于，所述隔离层包括第二导电类型的体区和第二导电类型的第二欧姆接触区，所述体区的掺杂浓度小于所述第二欧姆接触区的掺杂浓度；
16.如权利要求15所述的元胞结构，其特征在于，所述元胞结构还包括第一电极金属；
17.如权利要求16所述的元胞结构，其特征在于，所述第一保护埋层的宽度大于所述第一连接部的宽度。
18.如权利要求15所述的元胞结构，其特征在于，所述元胞结构还包括第一电极金属；
19.如权利要求18所述的元胞结构，其特征在于，所述第二保护埋层的宽度小于所述第二连接部的宽度。
20.如权利要求5或15所述的元胞结构，其特征在于，所述第一欧姆接触区的掺杂浓度和所述第二欧姆接触区的掺杂浓度均为1e18-1e21/cm3。
21.如权利要求2-19任一项所述的元胞结构，其特征在于，所述第一保护埋层的深度与所述第二保护埋层的深度相同。
22.如权利要求1-19任一项所述的元胞结构，其特征在于，所述外延层的掺杂浓度为1e14-1e17/cm3。
23.一种功率器件，其特征在于，包括多个权利要求1-22任一项所述元胞结构，多个元胞结构并联设置。
24.一种元胞结构制备方法，...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘博丽，卢汉汉，吴海平，
申请(专利权)人：济南比亚迪半导体技术有限公司，
类型：发明
国别省市：
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