碳化硅MOSFET器件及其制备方法技术

一种碳化硅MOSFET器件及其制备方法。所述碳化硅MOSFET器件自下而上包括漏电极，N+衬底和N‑外延层；N‑外延层具有第一P‑阱区，第一P‑阱区中具有P+区和N+区；还包括：第一金属，第一金属与P+区上表面和部分N+区上表面形成第一欧姆接触；第二P‑阱区，位于相邻两个第一P‑阱区之间，第二P‑阱区与两侧的第一P‑阱区均具有第一间隔，第二P‑阱区包围有沟槽；第二金属，第二金属覆盖沟槽表面以形成第二欧姆接触，第二金属同时覆盖第一间隔上表面以形成肖特基接触。所述碳化硅MOSFET器件提升器件续流能力的同时，防止肖特基接触区在器件工作在高压阻断模式时泄漏电流过大的问题。

【技术实现步骤摘要】
碳化硅MOSFET器件及其制备方法
本专利技术涉及半导体领域，尤其涉及一种碳化硅MOSFET器件及其制备方法。
技术介绍
近年来，随着电力电子系统的不断发展，对系统中的功率器件提出了更高的要求。硅(Si)基电力电子器件由于材料本身的限制已无法满足系统应用的要求。碳化硅(SiC)材料作为第三代半导体材料的代表，在诸多特性上均远好于硅材料。碳化硅MOSFET器件作为近些年商业化的器件，在导通电阻、开关时间、开关损耗和散热性能等方面，均有着替代现有IGBT的巨大潜力。但是，由于碳化硅材料的禁带宽度较大，碳化硅MOSFET器件内部集成的寄生PiN二极管开启电压大多在3V左右，无法为碳化硅MOSFET器件本身提供续流作用。因此，在全桥等电力电子系统应用中，经常要反并联一个肖特基二极管作为续流二极管使用，大大增加了系统的面积。集成了结势垒肖特基二极管的碳化硅MOSFET器件解决了这一难题。但是，集成传统结势垒肖特基二极管的碳化硅MOSFET器件依然存在诸多问题，主要表现在为了使得肖特基二极管拥有较好的续流能力，需要较大的肖特基接触区面积。较大的肖特基接触区面积一方面使得MOSFET正常工作时有较大的泄漏电流，另一方面也增加了碳化硅MOSFET器件的元胞面积，增加了芯片制备成本。更多有关现有集成结势垒肖特基二极管的碳化硅MOSFET器件的内容，可以参考公开号为CN106876485A和CN108807504A的中国专利(申请)。
技术实现思路
本专利技术解决的问题是提供一种碳化硅MOSFET器件及其制备方法，为解决上述问题，本专利技术提供一种碳化硅MOSFET器件，所述器件自下而上包括漏电极，N+衬底和N-外延层；所述N-外延层具有第一P-阱区，所述第一P-阱区中具有P+区和N+区(此时第一P-阱区深度大于N+区和P+区深度)；还包括：第一金属，所述第一金属与所述P+区上表面和部分所述N+区上表面形成第一欧姆接触；栅介质层，位于部分所述N+区、部分所述P-阱区和部分所述N-外延层上表面；栅极，位于所述栅介质层上；隔离介质层，覆盖所述栅极侧面和所述栅极上表面；至少一个第二P-阱区，所述第二P-阱区位于相邻两个所述第一P-阱区之间，所述第二P-阱区与所述第一P-阱区之间具有第一间隔，所述第二P-阱区包围有沟槽；第二金属，所述第二金属覆盖所述沟槽表面以形成第二欧姆接触，所述第二金属同时覆盖所述第一间隔上表面以形成肖特基接触；第三金属，所述第三金属覆盖所述隔离介质层、所述第一金属和所述第二金属。其中，所述第一金属、所述第二金属和第三金属均作为源电极的一部分，或者说源电极包括了所述第一金属、所述第二金属和第三金属。具体的，第一欧姆接触为其中一部分源极欧姆接触，之后通过第三金属，使第一金属和第二金属连接。第一欧姆接触与第二欧姆接触和肖特基接触相连接的，它们形成了相应的MOS器件的源电极。由上述结构可知，肖特基接触位于两个相邻第一P-阱区之间，即相应的沟槽结势垒肖特基二极管位于MOS器件中两个相邻的源极(N+区)之间。所述第二P-阱区的深度大于所述第一P-阱区的深度。可选的，所述沟槽深度在0.5μm～2.5μm之间，宽度0.5μm～20μm。沟槽深度太大，增加制作难度，太小则增加结深作用不明显。沟槽宽度太小，也不利于相应结深的增加。可选的，所述第一P-阱区与所述第二P-阱区之间的间距在1.5μm～5μm。即第一间隔的宽度通常为1.5μm～5μm。如果第一间隔的宽度太小，相应肖特基接触的区域无法很好地导通，如果第一间隔的宽度太大，整个器件的漏电流会过大，且器件面积过大，均不利于器件性能的提高。可选的，相邻两个所述第一P-阱区之间具有两个以上所述第二P-阱区，相邻所述第二P-阱区之间具有第二间距，所述第二金属同时覆盖所述第二间隔上表面以形成肖特基接触。可选的，所述第二金属为钛、镍、钼或钨。本专利技术还提供一种碳化硅MOSFET器件的制备方法，包括如下步骤：在N+衬底上形成N-外延层；在所述N-外延层上形成沟槽；对所述沟槽的表面和部分所述N-外延层表面进行阱注入，形成第一P-阱区和第二P-阱区，所述第二P-阱区位于相邻两个所述第一P-阱区之间，并且所述第二P-阱区与所述第一P-阱区之间具有第一间隔，所述第二P-阱区包围所述沟槽(即沟槽被第二P-阱区包裹)；在所述第一P-阱区内形成N+区和P+区；形成栅介质层覆盖部分N+区上表面、部分第一P-阱区上表面和部分N-外延层上表面；在所述栅介质层上表面形成栅极；在所述栅极的侧面和上表面形成隔离介质层；形成第一金属覆盖P+区上表面和部分所述N+区上表面，以形成第一欧姆接触；形成第二金属，所述第二金属覆盖所述沟槽表面以形成第二欧姆接触，所述第二金属覆盖所述第一间隔上表面以形成肖特基接触；形成第三金属以覆盖所述隔离介质层、所述第一金属和所述第二金属。所述第一金属、所述第二金属和第三电极均作为源电极。制作沟槽的过程可以包括：在N-外延层上制作第一掩模层(材料可以为SiO2)，用相应的光刻刻蚀工艺，在第一掩模层形成第一掩模图形；再通过ICP刻蚀等方法，形成沟槽。形成第一P-阱区和第二P-阱区的过程，可以包括相应的离子注入，离子注入过程可以包括：去除第一掩模层(可以采用清洗方法)，并在重新暴露的N-外延层表面上形成第二掩模层，用光刻刻蚀工艺形成第二掩模图形；再通过Al离子注入手段，形成各P-阱区的初步结构，后续进行进入激活，成为第一P-阱区和第二P-阱区。由上述制作过程可知，第二P-阱区深度大于第一P-阱区，因为，第二P-阱区是形成在沟槽相应位置的，因此，可以直接一步形成深度大于第一P-阱区的第二P-阱区。可选的，在所述第一P-阱区内形成N+区和P+区的过程可以包括：去除掉上述第二掩模层(可以采用清洗方法)，在N-外延层表面再次形成第三掩模层，用光刻刻蚀等工艺形成第三掩模图形，通过N离子注入手段形成N+区初步结构；去除掉第三掩模层(可以采用清洗方法)，在N-外延层表面重新形成第四掩模层，用光刻刻蚀等工艺形成第四掩模图形，通过Al离子注入手段形成P+区初步结构；后续通过激活，最终形成相应的N+区和P+区。可选的，在相邻两个所述第一P-阱区之间形成两个以上所述第二P-阱区，相邻两个所述第二P-阱区之间具有第二间隔；所述第二金属同时覆盖所述第二间隔上表面以形成肖特基接触。可选的，上述激活过程可以包括：在所述N-外延层表面形成碳膜保护，通过高温退火对注入的离子进行激活，通过氧化方法去除碳膜。可选的，栅介质层、栅极和隔离介质层的形成过程可以包括：对N-外延层表面进行牺牲氧化，形成牺牲氧化层，再去除牺牲氧化层，之后，淀积一层介质层(可以为二氧化硅)。采用光刻刻蚀等手段刻蚀此介质层以暴露源区部分(暴露的部分包括N+区上表面、部分第一P-阱区上表面和部分N-外延层上表面等)，在暴露的表面上，采用热氧化方法生长一层二氧化硅，作为栅介质层，并且，热氧化之后，可以再在一氧化氮(NO)氛围内退火；之后，可以采用化学气相沉积方法沉积高掺的多晶硅，并通过光刻刻蚀等工艺形成相应的栅极；最后，可以沉积相应的介质层(材料可以为二氧化硅)，成为隔离介质层。可选的，所述第一欧姆接触的形成过程包括：在氩气氛围下实施快速热退火工艺。具体的，先采用光刻刻本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种碳化硅MOSFET器件，其特征在于，所述器件自下而上包括漏电极，N+衬底和N‑外延层；所述N‑外延层具有第一P‑阱区，所述第一P‑阱区中具有P+区和N+区；还包括：第一金属，所述第一金属与所述P+区上表面和部分所述N+区上表面形成第一欧姆接触；栅介质层，位于部分所述N+区、部分所述第一P‑阱区和部分所述N‑外延层上表面；栅极，位于所述栅介质层上；隔离介质层，覆盖所述栅极侧面和所述栅极上表面；至少一个第二P‑阱区，所述第二P‑阱区位于相邻两个所述第一P‑阱区之间，所述第二P‑阱区与所述第一P‑阱区之间具有第一间隔，所述第二P‑阱区包围有沟槽；第二金属，所述第二金属覆盖所述沟槽表面以形成第二欧姆接触，所述第二金属同时覆盖所述第一间隔上表面以形成肖特基接触；第三金属，所述第三金属覆盖所述隔离介质层、所述第一金属和所述第二金属。

【技术特征摘要】
1.一种碳化硅MOSFET器件，其特征在于，所述器件自下而上包括漏电极，N+衬底和N-外延层；所述N-外延层具有第一P-阱区，所述第一P-阱区中具有P+区和N+区；还包括：第一金属，所述第一金属与所述P+区上表面和部分所述N+区上表面形成第一欧姆接触；栅介质层，位于部分所述N+区、部分所述第一P-阱区和部分所述N-外延层上表面；栅极，位于所述栅介质层上；隔离介质层，覆盖所述栅极侧面和所述栅极上表面；至少一个第二P-阱区，所述第二P-阱区位于相邻两个所述第一P-阱区之间，所述第二P-阱区与所述第一P-阱区之间具有第一间隔，所述第二P-阱区包围有沟槽；第二金属，所述第二金属覆盖所述沟槽表面以形成第二欧姆接触，所述第二金属同时覆盖所述第一间隔上表面以形成肖特基接触；第三金属，所述第三金属覆盖所述隔离介质层、所述第一金属和所述第二金属。2.如权利要求1所述的一种碳化硅MOSFET器件，其特征在于，所述第二P-阱区的深度大于所述第一P-阱区的深度。3.如权利要求1所述的一种碳化硅MOSFET器件，其特征在于，所述沟槽深度在0.5μm～2.5μm之间，宽度0.5μm～20μm。4.如权利要求1所述的一种碳化硅MOSFET器件，其特征在于，所述第一P-阱区与所述第二P-阱区之间的间距在1.5μm～5μm。5.如权利要求1所述的一种碳化硅MOSFET器件，其特征在于，相邻两个所述第一P-阱区之间具有两个以上所述第二P-阱区，相邻所述第二P-阱区之间具有第二间距，所述第二金属同时覆盖所述第二间隔上表面以形成肖特基接触。6.一种碳化硅MOSFET器件的制备...

【专利技术属性】
技术研发人员：卓廷厚，李钊君，刘延聪，
申请(专利权)人：厦门芯光润泽科技有限公司，
类型：发明
国别省市：福建,35