碳化硅金属氧化物半导体场效应晶体管及其制造方法技术

技术编号:19832227 阅读:30 留言:0更新日期:2018-12-19 17:47
本发明专利技术公开了一种碳化硅金属氧化物半导体场效应晶体管及其制造方法,该碳化硅金属氧化物半导体场效应晶体管自下而上依次包括:漏极金属、N

【技术实现步骤摘要】
碳化硅金属氧化物半导体场效应晶体管及其制造方法
本专利技术涉及微电子
,尤其涉及一种碳化硅金属氧化物半导体场效应晶体管及其制造方法。
技术介绍
SiC以其优良的物理化学特性和电学特性成为制造高温、大功率电子器件的一种最有优势的半导体材料,并且具有远大于Si材料的功率器件品质因子。SiC功率器件MOSFET(MetalOxideSemiconductorFieldEffectTransistor,金属氧化物半导体场效应晶体管)具有输入阻抗高、开关速度快、工作频率高、耐高温高压等一系列优点,已在开关稳压电源、高频加热、汽车电子以及功率放大器等方面取得了广泛的应用。与其它的宽禁带半导体相比,SiC材料的一个显著的优点就是可以通过热氧的方法在其表面直接生成SiO2,这就意味着SiC材料是制作大功率MOSFET及IGBT(InsulatedGateBipolarTransistor,绝缘栅双极型晶体管)等SiCMOS器件的理想材料。但是,目前阻碍SiCMOS器件发展的原因有以下几点:首先,与Si材料相比SiC表面通过氧化形成SiO2的速度缓慢,增加了工艺成本。其次,SiC热氧化后留下的大量的界面陷阱,使得SiO2/SiC的界面陷阱密度通常比SiO2/Si的界面陷阱密度高1~2个数量级,高的界面态密度会大大降低载流子的迁移率,导致导通电阻增大,功率损耗增加。最后,高温偏压应力条件下激发大量载流子注入界面陷阱导致器件阈值电压不稳定,会导致器件的可靠性变的很差,对器件以及电路带来极大的安全隐患。
技术实现思路
本专利技术的主要目的在于提供一种碳化硅金属氧化物半导体场效应晶体管及其制造方法,旨在解决现有碳化硅金属氧化物半导体场效应晶体管的制造,工艺成本高,功率损耗较大、器件稳定性低的技术问题。为实现上述目的,本专利技术提供一种碳化硅金属氧化物半导体场效应晶体管,所述碳化硅金属氧化物半导体场效应晶体管自下而上依次包括:漏极金属、N+衬底、N-漂移层、P阱、结型场效应管JFET区域、N+源区、P+接触区、源极金属和栅极,其特征在于,所述碳化硅金属氧化物半导体场效应晶体管还包括:介于P+接触区和源极金属之间的三层堆栈栅,所述三层堆栈栅由金属氧化物介质层、High-K介质层与SiO2介质层纵向堆叠构成。可选地,所述金属氧化物介质层位于靠近JFET区域的一侧,用于改善半导体表面的界面特性;所述SiO2介质层位于靠近栅极的一侧,用于提供稳定的栅极接触;所述High-K介质层夹在所述金属氧化物介质层与所述SiO2介质层的中间,用于提高栅氧化层的耐压可靠性。可选地,所述源极金属包括位于左右两边的源极金属,所述三层堆栈栅纵向位于栅极与JFET区域之间,横向位于两个源极金属之间。此外,为实现上述目的,本专利技术还提供一种碳化硅金属氧化物半导体场效应晶体管的制造方法,所述方法包括:对碳化硅进行预处理;在预处理后的碳化硅外延片淀积金属介质层;在所述金属介质层上淀积High-K介质层;在所述High-K介质层淀积SiO2介质层;在三次淀积后的碳化硅正面淀积掺杂磷离子的栅极,并淀积金属合金形成源接触金属层和漏接触金属层,以得到三层堆栈栅结构的碳化硅金属氧化物半导体场效应晶体管。可选地,所述对碳化硅进行预处理的步骤包括:在碳化硅衬底片上外延生成掺杂有氮离子的N-漂移层;在掺杂有氮离子的N-漂移层上注入铝离子,以形成掺杂有铝离子的P阱;在掺杂有铝离子的P阱上的第一预设区域注入氮离子,以形成掺杂有氮离子的N+源区;在掺杂有铝离子的P阱上的第二预设区域注入铝离子,以形成掺杂有铝离子的P+接触区,实现碳化硅的预处理。可选地,所述在预处理后的碳化硅外延片淀积金属介质层的步骤包括:采用原子层淀积的方法在预处理后的碳化硅外延片表面淀积厚度为0.1~5nm的金属氧化物介质层,其中,淀积温度为200℃~400℃,淀积时间为1min~20min。可选地,所述在预处理后的碳化硅外延片淀积金属介质层的步骤还包括:利用磁控溅射或者电子束蒸发的方法在碳化硅外延片表面淀积一层厚度为0.5~5nm的金属,其中,淀积温度为200℃~400℃,以氧化生成0.1~5nm的金属氧化物。可选地,所述在所述金属介质层上淀积High-K介质层的步骤包括:采用原子层淀积的方法在金属介质层上淀积一层厚度为10nm~100nm的High-K介质层,其中,淀积氧化温度为300℃,淀积时间为30min~5h。可选地,所述在所述High-K介质层淀积SiO2介质层的步骤包括:采用原子层淀积的方法在High-K介质层上淀积一层厚度为30nm~150nm的SiO2介质层,其中,淀积氧化温度为300℃,淀积时间为30min~5h。可选地,所述在三次淀积后的碳化硅正面淀积掺杂磷离子的栅极的步骤之前,所述制造方法还包括:对三次淀积后的碳化硅,在温度为500±5℃的条件下,10%O2:90%N2的混合气体中退火处理30min,接着在Ar气环境中冷却处理,速率冷却为5℃/min,,以便后续在退火冷却处理后的碳化硅正面淀积掺杂磷离子的栅极。本专利技术提出的技术方案中,碳化硅金属氧化物半导体场效应晶体管自下而上依次包括:漏极金属、N+衬底、N-漂移层、P阱、结型场效应管JFET区域、N+源区、P+接触区、三层堆栈栅、源极金属和栅极,所述三层堆栈栅由High-K介质与SiO2介质横向分布构成,本专利技术通过在预处理后的碳化硅表面淀积High-K介质,并在淀积有High-K介质的碳化硅上淀积SiO2介质,降低了界面陷阱的密度,提升了沟道迁移率,提高了器件的正向导通能力,减小了功率损耗。同时,本专利技术由于存在一层SiO2介质层位于High-K介质与金属介质层之间,抑制了High-K与栅金属之间的相互渗透,提高了栅极接触的稳定性。此外,本专利技术采用淀积的方式生长三层堆栈栅的氧化层,使得氧化层的生长速度得到提高,从而降低了工艺成本。附图说明图1是本专利技术碳化硅金属氧化物半导体场效应晶体管的较佳结构示意图;图2为本专利技术碳化硅金属氧化物半导体场效应晶体管的制造方法第一实施例的流程示意图;图3为图2中步骤S10的细化流程示意图;图4为本专利技术较佳工艺流程示意图。本专利技术目的的实现、功能特点及优点将结合实施例,参照附图做进一步说明。具体实施方式应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术,并不用于限定本专利技术。需要说明的是,基于碳化硅金属氧化物半导体场效应晶体管的制造成本高、功率损耗大、稳定性低的问题,业界采用SiC表面氮化预处理,氮氧化物氧化或者退火处理等工艺和方法,使得SiO2/SiC的界面态密度有所下降,不过与SiO2/Si界面质量相比仍有不小的差距。此外,氮气体剂量不易精确控制,使得氮化处理无法控制界面处的氮含量,由于氮化处理会引入深能级陷阱以及大量空穴陷阱,反而会影响器件长时工作的稳定性。因此,研究采用何种新工艺手段来改善SiO2/SiC界面特性,提高沟道迁移率与栅介质层可靠性成为了一个SiCMOS结构器件研究中备受关注的领域。本专利技术的目的在于针对上述已有技术的不足,提供了一种三层堆栈栅结构的SiCMOSFET及其制造办法。本方法在传统的单纯SiO2栅介质技术上,额外在栅介质层中加入金属氧化物介质层,以及High-k栅介质,不但能降低半导体表面本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种碳化硅金属氧化物半导体场效应晶体管,自下而上依次包括:漏极金属、N+衬底、N‑漂移层、P阱、结型场效应管JFET区域、N+源区、P+接触区、源极金属和栅极,其特征在于,所述碳化硅金属氧化物半导体场效应晶体管还包括:介于P+接触区和源极金属之间的三层堆栈栅,所述三层堆栈栅由金属氧化物介质层、High‑K介质层与SiO2介质层纵向堆叠构成。

【技术特征摘要】
1.一种碳化硅金属氧化物半导体场效应晶体管,自下而上依次包括:漏极金属、N+衬底、N-漂移层、P阱、结型场效应管JFET区域、N+源区、P+接触区、源极金属和栅极,其特征在于,所述碳化硅金属氧化物半导体场效应晶体管还包括:介于P+接触区和源极金属之间的三层堆栈栅,所述三层堆栈栅由金属氧化物介质层、High-K介质层与SiO2介质层纵向堆叠构成。2.如权利要求1所述的碳化硅金属氧化物半导体场效应晶体管,其特征在于,所述金属氧化物介质层位于靠近JFET区域的一侧,用于改善半导体表面的界面特性;所述SiO2介质层位于靠近栅极的一侧,用于提供稳定的栅极接触;所述High-K介质层夹在所述金属氧化物介质层与所述SiO2介质层的中间,用于提高栅氧化层的耐压可靠性。3.如权利要求1或2所述的碳化硅金属氧化物半导体场效应晶体管,所述源极金属包括位于左右两边的源极金属,其特征在于,所述三层堆栈栅纵向位于栅极与JFET区域之间,横向位于两个源极金属之间。4.一种碳化硅金属氧化物半导体场效应晶体管的制造方法,其特征在于,所述制造方法包括如下步骤:对碳化硅进行预处理;在预处理后的碳化硅外延片淀积金属介质层;在所述金属介质层上淀积High-K介质层;在所述High-K介质层淀积SiO2介质层;在三次淀积后的碳化硅正面淀积掺杂磷离子的栅极,并淀积金属合金形成源接触金属层和漏接触金属层,以得到三层堆栈栅结构的碳化硅金属氧化物半导体场效应晶体管。5.如权利要求4所述的碳化硅金属氧化物半导体场效应晶体管的制造方法,其特征在于,所述对碳化硅进行预处理的步骤包括:在碳化硅衬底片上外延生成掺杂有氮离子的N-漂移层;在掺杂有氮离子的N-漂移层上注入铝离子,以形成掺杂有铝离子的P阱;在掺杂有铝离子的P阱上的第一预设区域注入氮离子,以形成掺杂有氮离子的N+源区;在掺杂有铝离子的P阱上的第二预设区域注入铝离子,以形成掺...

【专利技术属性】
技术研发人员:宋庆文肖莉王梁永贾一凡孙海龙张玉明
申请(专利权)人:中兴通讯股份有限公司西安电子科技大学
类型:发明
国别省市:广东,44

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