一种沟槽结构碳化硅氧化物场效应管制造技术

本实用新型专利技术涉及一种沟槽结构碳化硅氧化物场效应管，其从下至上依次设有n+型SiC基板、n‑型SiC层、n型SiC层、和绝缘层；所述n+型SiC基板的下端面设有漏极；所述n‑型SiC层靠近n型SiC层的位置处设有p+型埋层；所述n型SiC层上设有p型体外延层和防护环型结，在p型体外延层上设有p+接地、n+源和栅极沟槽，所述栅极沟槽内设有栅极底部绝缘层、沟槽栅极氧化绝缘层和n+多晶态电极；所述绝缘层上设有源极金属电极和栅极金属电极，所述源极金属电极与n+多晶态电极接触。本实用新型专利技术在沟槽底部形成高浓度掺杂p+型体层，以保护栅区底部表面的绝缘膜。此外，在沟槽侧壁氧化绝缘层的方法，以减少缺陷并固定厚度，从而提高性能，生产高度可靠的器件。

【技术实现步骤摘要】
一种沟槽结构碳化硅氧化物场效应管
本技术涉及半导体
，具体涉及一种沟槽结构碳化硅氧化物场效应管。
技术介绍
与目前常用的硅功率半导体相比，SiC功率半导体具有优异的材料特性，因而被广泛应用在混合动力（HV）和电动汽车（EV）、消费电子和工业逆变器、太阳能逆变器、间断电源（UPS）等大电流开关装置中，特别是在电动汽车领域的电机联控装置中，可以预期的取得高频率，低噪声，小和轻的逆变器。传统一般常规的SiC沟MOSFET器件，首先是在n+型SiC基板上生长活性区域n-型SiC层和p型体SiC层，作为掺入高浓度，依次形成源极区和接地区，形成源极电极。此外，在侧壁和沟槽栅区底部表面形成栅极绝缘膜沟槽柵极氧化(绝缘)层后，在沟槽内填充:n+多晶态电极，接着生长漏电极结构和形成栅极。这种器件结构的可靠性上存在很大问题，由于内电场集中在沟槽底面，电流密度偏高，成为一易破坏区域。
技术实现思路
针对现有技术存在的问题，本技术的目的在于提供一种沟槽结构碳化硅氧化物场效应管，其可以解决强电场造成的易破坏问题，提高场效应管的可靠性。为实现上述目的，本技术采用的技术方案是：一种沟槽结构碳化硅氧化物场效应管，其从下至上依次设有n+型SiC基板、n-型SiC层、n型SiC层、和绝缘层；所述n+型SiC基板的下端面设有漏极金属电极；所述n-型SiC层靠近n型SiC层的位置处设有p+型埋层；所述n型SiC层上设有p型体外延层和防护环型结，在p型体外延层上设有p+接地、n+源和栅极沟槽，所述栅极沟槽内设有栅极底部绝缘层、沟槽栅极氧化绝缘层和n+多晶态电极；所述绝缘层上设有源极金属电极和栅极金属电极，所述源极金属电极与n+多晶态电极接触。所述绝缘层包括氧化层和ILD绝缘层，所述氧化层与n型SiC层接触。采用上述方案后，本技术在双沟槽栅极MOSFET器件中采用双层外延工艺，分散栅极绝缘膜的电埸强度，在沟槽底部形成高浓度掺杂p+型体层，以保护栅区底部表面的绝缘膜。此外，直接通过LPCVD在高温下将N2O气体在沟槽侧壁氧化绝缘层的方法，以减少缺陷并固定厚度，从而提高性能，生产高度可靠的器件。附图说明图1为本技术的场效应管制备第一步骤示意图；图2为本技术的场效应管制备第二步骤示意图；图3为本技术的场效应管制备第三步骤示意图；图4为本技术的场效应管制备第四步骤示意图；图5为本技术的场效应管制备第五步骤示意图；图6为本技术的场效应管制备第六步骤示意图；图7为本技术的场效应管制备第七步骤示意图；图8为本技术的场效应管制备第八步骤示意图；图9为本技术的场效应管制备第九步骤示意图；图10为本技术制备完成后的场效应管结构示意图。具体实施方式如图1-10所示，本技术揭示了一种沟槽结构碳化硅氧化物场效应管，其从下至上依次设有n+型SiC基板1、n-型SiC层2、n型SiC层3、和绝缘层；所述n+型SiC基板1的下端面设有漏极金属电极14；所述n-型SiC层2靠近n型SiC层3的位置处设有p+型埋层15；所述n型SiC层3上设有p型体外延层4和防护环型结13，在p型体外延层4上设有p+接地6、n+源5和栅极沟槽8，所述栅极沟槽8内设有栅极底部绝缘层12、沟槽栅极氧化绝缘层9和n+多晶态电极10；所述绝缘层上设有源极金属电极7和栅极金属电极11，所述源极金属电极7与n+多晶态电极10接触。继续参照1-10所示，本技术的碳化硅氧化物场效应管的制备方法如下所示：步骤1、在n+型SiC基板1上生长n-型SiC层2，然后以CVD（化学沉积）法沉积一层氧化膜覆盖在n-型SiC层2；接着覆盖一层光刻胶，光刻出p+型埋层15的位置，蚀刻5um的SiC；最后，在600℃的温度下向光刻出的位置处注入高浓度的铝（Al）。步骤2、去除前一步遮蔽的氧化膜，然后在高温下以CVD法在n-型SiC层2上生长n型SiC层3，然后再次应用CVD法在n型SiC层3上生长氧化膜；接着覆盖一层光刻胶，光刻出保护区域，再向保护区域内高温注入铝掺杂质。步骤3、除去前一步骤的遮蔽的氧化膜后，重新覆盖上氧化薄膜和光刻胶，光刻出p型体外延层4的定义位置，再以600℃温度向光刻出的位置上注入铝掺杂质。步骤4、完成前一步骤后，再覆盖光刻胶，然后光刻出n+源5的定义位置，并在600℃的温度下向n+源5的定义位置注入N氮掺杂质。除去前一步骤遮蔽的氧化膜，重新覆盖上氧化膜和光刻胶，光刻出p+接地6的定义位置，再以600℃温度向p+接地6的定义位置注入铝掺杂质。步骤5、除去前一步骤的遮蔽的氧化膜，重新覆盖上一层光刻胶，在1600~1700℃下加热30分钟~1小时，活化步骤1-4掺入的杂质，形成p+型埋层15、防护环型结13（保护区域处）、p型体外延层4、n+源5和p+接地6。在高温下，光刻胶会石墨化（燃烧）；覆蔽在表面的石墨可以防止表面的碳化硅升华。步骤6、利用O2等离子与氧化反应去除上一步骤的石墨层后，以CVD法依次生氧化膜、多晶硅、氧化膜，定义沟槽栅区的位置，以湿式蚀刻，进一步去除该位置的光刻胶，再蚀刻出栅区的沟槽8至1.5至2.0um水平，U形类型的沟槽8被蚀刻和牺牲氧化（sacrificialoxidation）。进一步以LPCVD（LowPressureChemicalVaporDeposition，低压力化学气相沉积法）涂覆氧化层，然后在1100℃、大气压力通氮气(N2)做热硬化处理，沟槽底部的氧化膜（即栅极底部绝缘层12）厚保持在500nm-1μm。步骤7、采用气体生长的方式在U形的栅极沟槽8生长50~100nm沟槽栅极氧化绝缘层9，再1250℃通N2O(10%)和N2的混合气体，使原本存在SiC/SiO2接触面的缺陷口，混合氮气通过该形成氮氧化物，这可确保接口缺陷（Dit）小于5x1011。以磷酸清洗掉表面的氮化膜后，进行CMP（化学机械抛光）与RIE（反应离子蚀刻）去除表面的氧化膜后；生长n+多晶态电极10。步骤8、利用LPCVD、HTO（HighTemperatureOxidation，高温氧化）生长BPSG薄膜，然后在900℃大气压力下通氮气(N2)，生长ILD绝缘层。然后在ILD绝缘层覆盖光刻胶保护；在n+型SiC基板1的下表面交替堆栈氧化膜与多晶硅至所需厚度；再以CMP抛光，镀上镍金属，然后再以1000℃，大气压力氩气氛下，进行3分钟的RTP（快速热处理）工艺，形成欧姆接触。步骤9、定义出上部源极金属电极7的位置，通过干式和湿式蚀ILD绝缘层的源极区。依次交替堆栈氧化膜与多晶硅至所需厚度、镀上镍金属，然后再以1000℃，大气压力氩气氛下，进行3分钟的RTP（快速热处理）工艺，形成欧姆接触。步骤10、以氢氟酸清洗上部表面，镀上TiW/AlSi合金厚膜；本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种沟槽结构碳化硅氧化物场效应管，其特征在于：从下至上依次设有n+型SiC基板、n-型SiC层、n型SiC层、和绝缘层；/n所述n+型SiC基板的下端面设有漏极金属电极；/n所述n-型SiC层靠近n型SiC层的位置处设有p+型埋层；/n所述n型SiC层上设有p型体外延层和防护环型结，在p型体外延层上设有p+接地、n+源和栅极沟槽，所述栅极沟槽内设有栅极底部绝缘层、沟槽栅极氧化绝缘层和n+多晶态电极；/n所述绝缘层上设有源极金属电极和栅极金属电极，所述源极金属电极与n+多晶态电极接触。/n

【技术特征摘要】
1.一种沟槽结构碳化硅氧化物场效应管，其特征在于：从下至上依次设有n+型SiC基板、n-型SiC层、n型SiC层、和绝缘层；
所述n+型SiC基板的下端面设有漏极金属电极；
所述n-型SiC层靠近n型SiC层的位置处设有p+型埋层；
所述n型SiC层上设有p型体外延层和防护环型结，在p型体外延层上设有p+接地、n+...

【专利技术属性】
技术研发人员：金宰年，
申请(专利权)人：璨隆科技发展有限公司，阿克苏爱矽卡半导体技术研发有限公司，新疆璨科半导体材料制造有限公司，
类型：新型
国别省市：江苏;32