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:19832228 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。
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复合栅介质,所述复合栅介质由High-K介质与SiO2介质横向分布构成。可选地,所述SiO2介质覆盖于P阱与N+源区之间的沟道正上方,所述High-K介质覆盖于JFET区域以及除沟道正上方以外的其它栅区,以形成High-K/SiO2复合栅结构。可选地,所述源极金属包括位于左右两边的源极金属,所述复合栅介质的厚度为10~150nm,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表面,淀积High-K介质;在淀积有High-K介质的碳化硅上,淀积SiO2介质;在两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High-K/SiO2复合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上,淀积High-K介质的步骤包括:采用原子层淀积的方法在预处理后的碳化硅表面淀积厚度为10~150nm的High-K介质,其中,淀积温度为200℃~400℃,淀积时间为30min~120min;通过光刻、刻蚀形成High-K介质薄膜。可选地,所述在淀积有High-K介质的碳化硅上,淀积SiO2介质的步骤包括:采用原子层淀积的方法在淀积有High-K介质的碳化硅上的P阱所在沟道正上方,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;通过光刻、刻蚀形成SiO2介质薄膜。可选地,所述在两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:对两次淀积后的碳化硅进行退火冷却处理,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。可选地,所述对两次淀积后的碳化硅进行退火冷却处理的步骤包括:对淀积后的样片,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。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、复合栅介质、源极金属和栅极,所述复合栅介质由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,此外,本专利技术采用淀积的方式生长复合栅介质的氧化层,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、功率损耗大的问题,业界采用SiC表面氮化预处理,氮氧化物氧化,N源或H源退火处理等工艺和方法进行处理,对SiO2/SiC的界面质量及整体特性有了一定的提升,不过与SiO2/Si界面质量相比有不小的差距。本专利技术通过研究发现,对于SiO2/SiCMOS器件,根据高斯定理(kSiCESiC=koxideEoxide),当SiC(k=9.6~10)达到其临界击穿电场(~3MV/cm)时,SiO2(k=3.9)介质层中的电场将达到7.4~7.7MV/cm,如此高的电场将严重降低氧化层的可靠性。因此,采用高k材料代替SiO2作为栅介质层,研究高K材料在SiCMOS器件的应用和研究尤为重要。目前Al2O3、HfO2、AlN和ZrO2等高K材料(高介电数意思,高K值材料)在SiCMOS有了一定的研究,由于high-k介质与SiC衬底之间存在的界面态密度较大,氧化层陷阱密度较大,会严重影响MOSFET器件迁移率,这一问题严重影响SiChigh-kMOS器件的正向导通特性。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High-K/SiO2复合栅结构的SiCMOSFET(Metal-Oxide-SemiconductorFieldEffectTransistor,碳化硅金属氧化物半导体场效应晶体管)的制作方法,本方法在传统的单纯High-k或SiO2栅介质技术上,在沟道上方采用原子层淀积生长SiO2,解决了沟道上方High-k介质与SiC之间存在的大量界面态,降低了界面陷阱的密度,相比本文档来自技高网...

【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复合栅介质,所述复合栅介质由High‑K介质与SiO2介质横向分布构成。

【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复合栅介质,所述复合栅介质由High-K介质与SiO2介质横向分布构成。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SiO2介质覆盖于P阱与N+源区之间的沟道正上方,所述High-K介质覆盖于JFET区域以及除沟道正上方以外的其它栅区,以形成High-K/SiO2复合栅结构。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,所述复合栅介质的厚度为10~150nm,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表面,淀积High-K介质;在淀积有High-K介质的碳化硅上,淀积SiO2介质;在两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High-K/SiO2复合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...

【专利技术属性】
技术研发人员:宋庆文肖莉王梁永贾一凡曾福林张玉明
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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