栅底电荷平衡改善的碳化硅MOSFET器件及制造方法技术

本发明专利技术涉及一种栅底电荷平衡改善的碳化硅MOSFET器件及其制造方法，器件包括:具有电荷平衡柱的外延片结构、嵌埋式栅极结构、位于顶层的源极结构及位于底层的漏极结构,外延片结构的碳化硅外延层上形成有挖槽后的沟道顺从层。利用位于栅极结构两侧的接触沟槽,源极结构与外延片结构形成非平面的欧姆接触。利用位于栅极沟槽与接触沟槽下方的电荷平衡柱且基本由预置叠层阱所构成,以避免电荷平衡柱穿透到外延片结构的碳化硅衬底。本发明专利技术具有规范栅底电荷平衡结的底部深度与外形受到比较好的截面柱形的效果,以解决在沟道顺从层的设置基础上导致电荷平衡结不能调整注入浓度与无法形成结侧柱形与结底深度随沟槽深度变化的电性能不稳定缺陷。电性能不稳定缺陷。电性能不稳定缺陷。

【技术实现步骤摘要】
栅底电荷平衡改善的碳化硅MOSFET器件及制造方法


[0001]本专利技术涉及碳化硅MOSFET器件的
，尤其是涉及一种栅底电荷平衡改善的碳化硅MOSFET器件及制造方法。

技术介绍

[0002]在碳化硅第三代半导体器件的现有技术中,在断开下禁带宽度超过2．0eV,具有较高的临界击穿电场能力、较高的热导率和更饱和的电子迁移率的优点,适合于制造大功率、高温、高频和抗辐射的半导体器件,碳化硅半导体器件的栅极常见是平面的,沟道路径是横向的；例如：CN104409501A、CN111933698A。为了提高碳化硅器件集成密度,有人提出了碳化硅器件中制作嵌埋式栅极,沟道路径是纵向的；例如：CN113506826A、CN113299748A。在金氧半场效晶体管(MOSFET)的应用中,以碳化硅(SiC)为衬底时,通常器件制作前在碳化硅衬底上需要在制作碳化硅外延层,器件制造中需要制作沟道顺从层。
[0003]为了改善在嵌埋式栅极底部的电场,带隙较窄(<1.2eV)使用硅(Si)衬底的MOSFET器件会在栅底制作电荷平衡柱,其制作工本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种碳化硅MOSFET器件，其特征在于，包括：外延片结构(10)，包括碳化硅衬底(20)以及在所述碳化硅衬底(20)上的碳化硅外延层(30)；所述碳化硅外延层(30)内形成有第一电荷平衡柱(41)与第二电荷平衡柱(42)；由所述碳化硅外延层(30)的上表面开设有栅极沟槽(31)以及在所述栅极沟槽(31)两侧的接触沟槽(32)，所述栅极沟槽(31)对准在所述第一电荷平衡柱(41)上，所述接触沟槽(32)对准在所述第二电荷平衡柱(42)上；其中,所述第一电荷平衡柱(41)与所述第二电荷平衡柱(42)基本由预置叠层阱所构成,以避免所述第一电荷平衡柱(41)与所述第二电荷平衡柱(42)穿透到所述碳化硅衬底(20)；所述外延片结构(10)在所述碳化硅外延层(30)表面形成有挖槽后的沟道顺从层(50),所述沟道顺从层(50)在所述栅极沟槽(31)的底部与所述第一电荷平衡柱(41)相接,在所述接触沟槽(32)的底部与所述第二电荷平衡柱(42)相接；栅极结构(70)，嵌埋式设置在所述栅极沟槽(31)内；源极结构(80)，设置在所述外延片结构(10)的顶面，所述源极结构(80)还填充于所述接触沟槽(32)内,使所述源极结构(80)与所述外延片结构(10)形成非平面的欧姆接触；漏极结构(90)，设置在所述外延片结构(10)的底面。2.根据权利要求1所述的碳化硅MOSFET器件，其特征在于，所述第一电荷平衡柱(41)的底部与所述第二电荷平衡柱(42)的底部不穿透到所述碳化硅衬底(20)内,且所述第一电荷平衡柱(41)的底部与所述第二电荷平衡柱(42)的底部距离所述碳化硅衬底(20)的上表面的间隔在5um以下；具体的,当所述碳化硅外延层(30)为N
‑
型,所述预置叠层阱包括两层或两层以上逐层叠加的P
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结(40),所述欧姆接触内侧形成有所述沟道顺从层(50)与所述碳化硅外延层(30)的主体区之间的PN结隔离；更具体的,所述PN结隔离还延伸在所述第一电荷平衡柱(41)以及所述第二电荷平衡柱(42)的柱外形分别与所述碳化硅外延层(30)的主体区之间。3.根据权利要求1所述的碳化硅MOSFET器件，其特征在于，所述碳化硅外延层(30)的上层形成为沟道体层(33),所述沟道体层(33)的下界面较浅于所述栅极沟槽(31)与所述接触沟槽(32)的槽底,使所述沟道体层(33)只能透过所述沟道顺从层(50)与所述第一电荷平衡柱(41)及所述第二电荷平衡柱(42)相接；当所述栅极结构(70)下方还设置有位于所述栅极沟槽(31)槽底的效应隔离层(71),所述沟道顺从层(50)还包括反极型导接段(51)，位于所述栅极沟槽(31)的槽侧且延伸超过所述效应隔离层(71)的一侧,以在器件使用过程动态调整所述第一电荷平衡柱(41)的电位,防止所述第一电荷平衡柱(41)浮空。4.根据权利要求3所述的碳化硅MOSFET器件，其特征在于，还包括栅氧化层(72),图案化形成在所述栅极沟槽(31)的槽侧与所述效应隔离层(71)上,所述栅氧化层(72)不形成在所述接触沟槽(32)内。5.根据权利要求1所述的碳化硅MOSFET器件，其特征在于，还包括图案化层间膜(73),覆盖于所述栅极结构(70)上,并界定所述源极结构(80)对所述碳化硅外延层(30)的欧姆接触区域。6.根据权利要求5所述的碳化硅MOSFET器件，其特征在于，所述图案化层间膜(73)不完全覆盖所述碳化硅外延层(30)的沟槽后上表面,所述碳化硅外延层(30)的上表面形成有导接结层(34),所述导接结层(34)在不被完全覆盖的沟槽后上表面的部分与所述源极结构(80)形成源漏向导通的欧姆接触；具体的,所述导接结层(34)为N+型。
7.根据权利要求1
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6中任一项所述的碳化硅MOSFET器件，其特征在于，所述碳化硅外延层(30)在所述接触沟槽(32)内形成有结隔离顺从层(52)用于在金属与半导体欧姆接触下维持PN结隔离的耗尽层厚度；具体的,所述结隔离顺从层(52)为P+型,所述结隔离顺从层(52)与所述源极结构(80)之间形成源漏向不导通的欧姆接触；具体的,所述接触槽具有梯形截面、或者所述接触槽与所述栅极沟槽(31)两者皆具有梯形截面、或者所述栅极沟槽(31)具有梯形截面。8.一种半导体装置，其特征在于，包括如权利要求1
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7中任一项所述的一种碳化硅MOSFET器件，所述碳化硅MOSFET器件为芯片形态,所述碳化硅MOSFET器件在晶圆形态挖槽与制作挖槽后的沟道顺从层(50)之前,所述外延片结构(10)内的所述第一电荷平衡柱(41)与所述第二电荷平衡柱(42)已预先形成。9.一种碳化硅MOSFET器件的制造方法，其特征在于，包括：提供碳化硅衬底(20...

【专利技术属性】
技术研发人员：任炜强，
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：