一种SiCMOSFET器件及其制备方法技术

本申请涉及碳化硅功率器领域，公开了一种SiC MOSFET器件及其制备方法，SiC MOSFET器件包括衬底、外延底层、基层、源极层、栅极、栅介质层、保护层、沟道段、沟道长度减缩段、浮空段、隔离层、源极和漏极；SiC MOSFET器件基于如下方法制备，包括：在衬底的第一表面上形成外延底层和基层，在外延底层和基层内形成保护层，在基层上形成源极层和基极结，在沟槽内形成栅极、栅介质层、沟道段、沟道长度减缩段和浮空段，在栅极层上形成隔离层，在隔离层和源极层上形成源极，在衬底第二表面上形成漏极。本申请的栅介质层缺陷密度低，击穿电压高，可靠性高。高。高。

【技术实现步骤摘要】
一种SiC MOSFET器件及其制备方法


[0001]本申请涉及碳化硅功率器件领域，尤其是涉及一种SiC MOSFET器件及其制备方法。

技术介绍

[0002]碳化硅因其禁带宽度大、高热导率、高击穿场强、高电子饱和速率以及强抗辐射性，使得碳化硅功率半导体器件能够应用于高温、高压、高频以及强辐射的工作环境下。
[0003]垂直形MOSFET主要包括平面双注入型MOSFET和沟槽型MOSFET。其中，沟槽型MOSFET器件不存在JFET区电阻且具有更高的元胞密度，因而被认为具有更广泛的应用前景。
[0004]但是，在沟槽型MOSFET中，栅氧直接暴露于漂移区中，其栅氧拐角处电场集中。SiC的介电常数是SiO2介电常数的2.5倍，阻断状态下，沟槽底部的栅氧拐角处在没有达到SiC临界击穿电场时栅氧已经被提前击穿，器件可靠性下降。

技术实现思路

[0005]为了解决沟槽型SiC MOSFET器件栅氧提前击穿的问题，提高沟槽型SiC MOSFET器件的可靠性，本申请提供了一种SiC MOSFET器件及其制备方法。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种SiC MOSFET器件，其特征在于，包括：衬底(10)，具有第一表面(11)和相对的第二表面(12)；设于所述衬底(10)第一表面(11)上的外延层，所述外延层包括外延底层(20)、位于所述外延底层(20)上的基层(30)、位于所述基层(30)上的源极层(40)、以及位于所述外延底层（20）和基层（30）内的保护层（21），所述外延层开设有沟槽(61)，所述沟槽(61)贯穿所述源极层(40)与所述基层(30)并延伸至所述外延底层(20)，所述沟槽(61)具有位于所述外延底层(20)中的槽底，所述沟槽(61)的上部开口宽度大于其下部槽底的宽度，所述沟槽(61)的两侧斜侧壁与所述第一表面(11)的槽侧夹角介于50
°
~70
°
，所述保护层（21）位于所述沟槽（61）之间；所述外延层顺从所述沟槽(61)的槽内形状形成有重定义沟道层，所述重定义沟道层包括位于两侧斜侧壁上部的沟道段(62)、位于其中一侧或两侧斜侧壁下部的沟道长度减缩段(63)、以及位于所述槽底的浮空段(64)；覆盖所述重定义沟道层的栅介质层(65)；设于所述沟槽(61)内的栅极(60)，所述栅极(60)的底部受控在所述沟道长度减缩段(63)的高度范围中。2. 如权利要求1所述的SiC MOSFET器件，其特征在于，所述SiC MOSFET器件还包括：设于所述栅极(60)上的隔离层(70)；设于所述隔离层(70)和外延层上的源极(80)；设于所述衬底(10)第二表面(12)上的漏极(90)；所述沟槽(61)的斜侧壁的晶面为(0327)、(0328)、(0329)、(0337)、(0338)或(0339)。3. 如权利要求1或2所述的SiC MOSFET器件，其特征在于，所述栅介质层(65)包括第一介质层(651)和第二介质层(652)，其中，所述第一介质层(651)设于所述沟槽(61)的槽底，所述第二介质层(652)覆盖所述沟槽(61)的两侧斜侧壁且一体相连在所述第一介质层(651)上，使所述沟槽(61)的槽底上的介质厚度大于两侧斜侧壁的介质厚度；所述栅介质层(65)的第一介质层(651)缺陷密度为1E10~1E11 cm
‑3；所述第一介质层(651)的材料选自氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、氧化铝和高K材料中的一种或几种；所述第二介质层(652) 的材料选自氧化硅、氧化铝和高K材料中的一种或几种；所述第一介质层(651)的厚度为600~2000埃，所述第二介质层(652)的厚度为400~1200埃。4. 如权利要求1所述的SiC MOSFET器件，其特征在于，所述沟道长度减缩段(63)的上端延伸到所述基层(30)的高度范围中。5. 如权利要求1所述的SiC MOSFET器件，其特征在于，所述外延层还包括基极结(50)，所述基极结(50)位于所述基层(30)上的所述源极层(40)中，使所述源极层(40)在所述外延层显露表面上为图案化，所述基极结(50)不延伸到所述沟槽(61)的槽开口，且位于所述保护层（21）的正上方。6. 一种SiC MOSFET器件的制备方法，用于制备如权利要求1~5任一项所述的SiC MOSFET器件，其特征在于，包括以下步骤：在衬底(10)的第一表面(11)上形成外延层，所述外延层包括外延底层(20)、位于所述外延底层(20)上的基层(30)、位于所述基层(30)上的源极层(40)、以及位于外延底层（20）
和基层（30）内的保护层（21），所述外延层开设有沟槽(61)，所述沟槽(61)贯穿所述源极层(40)与所述基层(30)并延伸至所述外延底层(20)，所述沟槽(61)具有位于所述外延底层(20)中的槽底，所述沟槽(61)的上部开口宽度大于其下部槽底的宽度，所述沟槽(61)的两侧斜侧壁与所述第一表面(11)的槽侧夹角介于50
°
~70
°
，所述保护层（21）位于所述沟槽（61）之间；在所述沟槽(61)内形成重定义沟道层、栅介质层(65)和栅极(60)，所述重定义沟道层包括位于两侧斜侧壁上部的沟道段(62)、位于其中一侧或两侧斜侧壁下部的沟道长度减缩段(63)、以及位于所述槽底的浮空段(64)， 所述栅介质层(65) 覆盖所述重定义沟道层的栅介质层上并将所述栅极(60)包裹；在所述栅极(60)层上形成隔离层(70)；在所述隔离层(70)和源极层(40)上形成源极(80)；在所述衬底(10)第二表面(12)上形成漏极(90)。7. 如权利要求6所述的SiC MOSFET器件的制备方法，其特征在于，所述外延层的形成方法包括以下步骤：在所述衬底（10）的第...

【专利技术属性】
技术研发人员：任炜强，春山正光，谢文华，杨正友，
申请(专利权)人：深圳真茂佳半导体有限公司，
类型：发明
国别省市：