一种碳化硅MOSFET及其制造方法技术

本发明专利技术涉及半导体器件制造技术领域,公开了一种碳化硅MOSFET及其制造方法，其中碳化硅MOSFET包括碳化硅衬底，碳化硅衬底的底面和顶面分别设有漏极金属层和漂移层；漂移层的内部设有屏蔽层；漂移层的顶面向下开设有沟槽，沟槽向下延伸到屏蔽层上，沟槽的横向竖截面为U型状；沟槽内设有栅极绝缘层，栅极绝缘层上从下往上依次设有屏蔽栅和栅极，屏蔽栅和栅极间隔设置，屏蔽栅的横向竖截面为U型状；在实际使用时，通过让屏蔽层包裹住栅极绝缘层的下部，从而构建PN结，能将栅极绝缘层的耐压分担到屏蔽层上，从而提高了采用U型屏蔽栅的功率MOSFET的栅极绝缘层的耐压可靠性。MOSFET的栅极绝缘层的耐压可靠性。MOSFET的栅极绝缘层的耐压可靠性。

【技术实现步骤摘要】
一种碳化硅MOSFET及其制造方法


[0001]本专利技术涉及半导体器件制造
，具体涉及一种碳化硅MOSFET及其制造方法。

技术介绍

[0002]碳化硅材料因其优越的物理特性，广泛受到人们的关注和研究。例如采用碳化硅的功率MOSFET（金属
‑
氧化物半导体场效应晶体管）就具备输入阻抗高、开关速度快、工作频率高、耐高温高压等优点，被广泛应用在开关稳压电源、高频加热、汽车电子以及功率放大器等领域中。由于碳化硅本身材料特点，其栅氧层的质量相对较差，栅氧击穿成了制约提高器件可靠性的关键因素。
[0003]目前为了提高功率MOSFET的栅极控制能力，在MOSFET的结构中，会在栅极下方制造屏蔽栅，其中屏蔽栅可以是U型形状，例如申请公布号为CN113745337A的专利文献公开的一种屏蔽栅沟槽MOSFET制造方法中，就在沟槽中制造有屏蔽栅多晶硅。但是对于U型屏蔽栅，其底部的凹陷部最容易产生电场集中现象，从而容易导致栅氧化层击穿即容易导致现有专利文献中的屏蔽栅氧化层出现击穿。

技术实现思路

[0004]鉴于
技术介绍
的不足，本专利技术是提供了一种碳化硅MOSFET及其制造方法，所要解决的技术问题是现有采用U型屏蔽栅的碳化硅功率MOSFET容易出现栅氧击穿，导致器件的可靠性变低。
[0005]为解决以上技术问题，第一方面本专利技术提供了如下技术方案：一种碳化硅MOSFET，包括碳化硅衬底，碳化硅衬底的底面设有漏极金属层，碳化硅衬底的顶面设有漂移层；漂移层的内部设有屏蔽层；漂移层的顶面向下开设有沟槽，沟槽向下延伸到屏蔽层上，沟槽的横向竖截面为U型状，沟槽的底部高于屏蔽层的底部；沟槽内栅极绝缘层，栅极绝缘层上从下往上依次设有屏蔽栅和栅极，屏蔽栅和栅极间隔设置，屏蔽栅的横向竖截面为U型状，栅极的顶面设有栅极金属层；漂移层的顶部设有第一夹断层和第二夹断层，第一夹断层和第二夹断层位于沟槽两侧；第一夹断层的右端设有第一源区，第一源区的顶部设有第一源极金属层；第二夹断层的左端设有第二源区，第二源区的顶面设有第二源极金属层。
[0006]在第一方面的某种实施方式中，第一源区的顶面与第一夹断层的顶面齐平，第二源区的顶面与第二夹断层的顶面齐平。
[0007]在第一方面的某种实施方式中，碳化硅衬底的导电类型和漂移层的导电类型相同。
[0008]在第一方面的某种实施方式中，第一夹断层和第二夹断层为p型掺杂，且掺杂浓度相同；第一源区和第二源区为n型掺杂，且掺杂浓度相同；第一源区的掺杂浓度大于第一夹断层的掺杂浓度，第一夹断层的掺杂浓度大于漂移层的掺杂浓度。
[0009]在第一方面的某种实施方式中，在屏蔽层上开设沟槽后，屏蔽层包括左屏蔽顶面和右屏蔽顶面，左屏蔽顶面和右屏蔽顶面均高于屏蔽栅的顶面。
[0010]在第一方面的某种实施方式中，第一源极金属层通过第一金属线与左屏蔽顶面电连接，第二源极金属层通过第二金属线与右屏蔽顶面电连接。
[0011]在第一方面的某种实施方式中，屏蔽栅与屏蔽层之间的栅极绝缘层为U型状。
[0012]第二方面，本专利技术还提供了一种碳化硅MOSFET的制造方法，包括以下步骤：S1：提供半导体器件，半导体器件包括漏极金属层、碳化硅衬底和漂移层，漏极金属层和漂移层分别在碳化硅衬底的底面和顶面；S2：在漂移层上制作第一阻挡层，并在第一阻挡层上开设第一离子注入孔，通过第一离子注入孔向漂移层内注入离子从而在漂移层内制作屏蔽层，在屏蔽层制作完成后，去除第一阻挡层；S3：在漂移层上制作第二阻挡层，然后蚀刻第二阻挡层、漂移层和屏蔽层，从而在漂移层和屏蔽层上形成沟槽，沟槽的横向竖截面为U型状，沟槽的底部高于屏蔽层的底部；S4：通过干氧氧化工艺氧化沟槽，在沟槽内制作U型的第一栅极绝缘层，第一栅极绝缘层形成有开口朝上的第二沟槽，第二沟槽的横向竖截面为U型状；S5：在第二沟槽内制作屏蔽栅，屏蔽栅的横向竖截面为U型状，屏蔽栅的顶面低于第二沟槽的开口；S6：通过干氧氧化工艺氧化第二沟槽，在第二沟槽内形成第二栅极绝缘层，第二栅极绝缘层的底面与屏蔽栅的顶面接触，第二栅极绝缘层制作完成后去除第二阻挡层；S7：在漂移层的顶面制作第三阻挡层，蚀刻第三阻挡层、第一栅极绝缘层和第二栅极绝缘层，在第一栅极绝缘层和第二栅极绝缘层上形成栅极制作孔，栅极制作孔的底面高于第二栅极绝缘层的底面，栅极制作孔的侧面与第二栅极绝缘层的侧面间隔设置；S8：在栅极制作孔内制作栅极，栅极制作完成后去除第三阻挡层；S9：先在漂移层的顶面制作第四阻挡层；然后蚀刻第四阻挡层，分别在栅极两侧形成第一夹断离子注入孔和第二夹断离子注入孔；接着通过第一离子注入孔和第二离子注入孔向漂移层注入离子，从而在漂移层上形成第一夹断层和第二夹断层，第一夹断层和第二夹断层在栅极两侧，且第一夹断层和栅极通过第一栅极绝缘层隔断，第二夹断层和栅极通过第一栅极绝缘层隔断；最后去除第四阻挡层；S10：在漂移层上制作第五阻挡层，蚀刻第五阻挡层，从而在第五阻挡层上与第一夹断层的右端对应处形成第一源极通孔和在第五阻挡层上与第二夹断层的左端对应处形成第二源极通孔；通过第一源极通孔向第一夹断层的右端注入离子，从而在第一夹断层的右端形成第一源区，通过第二源极通孔向第二夹断层的左端注入离子，从而在第二夹断层的左端形成第二源区；最后去除第五阻挡层；S11：在第一源区的顶面制作第一源极金属层，在第二源区的顶面制作第二源极金属层；S12：在栅极的顶面制作栅极金属层。
[0013]在第二方面的某种实施方式中，在步骤S11中，在制作完第一源极金属层和第二源极金属层前，先在所述漂移层的顶面上制作第六阻挡层；然后蚀刻所述第六阻挡层、第一源区、第二源区、第一夹断层、第二
夹断层和漂移层，从而形成与所述屏蔽层的左屏蔽顶面相通的第一金属通孔和形成与所述屏蔽层的右屏蔽顶面相通的第二金属通孔；接着在所述第一金属通孔内淀积第一金属线，所述第一金属线与所述左屏蔽顶面电连接，在所述第二金属通孔内淀积第二金属线，所述第二金属线与所述右屏蔽顶面电连接，最后去除所述第六阻挡层，在制作完第一源极金属层和第二源极金属层后，所述第一金属线与所述第一源极金属层电连接，所述第二金属线与所述第二源极金属层电连接。
[0014]本专利技术与现有技术相比所具有的有益效果是：首先通过让屏蔽层包裹住栅极绝缘层的下部，从而构建PN结，能将栅极绝缘层的耐压分担到屏蔽层上，从而提高了采用U型屏蔽栅的功率MOSFET的栅极绝缘层的耐压可靠性；其次通过让栅极绝缘层的第一栅极绝缘层为U型形状，可以避免栅极底部的电场集中，从而可以提高栅极绝缘层的耐压可靠性；另外通过让屏蔽栅与第一栅极绝缘层的形状均为U型，能让栅极绝缘层的外部电场分布更平缓，从而避免电场集中，提高栅氧的耐压可靠性；最后通过让屏蔽层的左屏蔽顶面与第一源极金属层电连接和通过让屏蔽层的右屏蔽顶面与第二源极金属层电连接，从而可以形成寄生肖特基二极管，进而降低MOSFET的体二极管导通电压，减少MOSFET的导通压降。
附图说明
[0015]图1为本专利技术的MOSFET的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种碳化硅MOSFET，包括碳化硅衬底，所述碳化硅衬底的底面设有漏极金属层，所述碳化硅衬底的顶面设有漂移层；其特征在于，所述漂移层的内部设有屏蔽层；所述漂移层的顶面向下开设有沟槽，所述沟槽向下延伸到所述屏蔽层上，所述沟槽的横向竖截面为U型状，所述沟槽的底部高于所述屏蔽层的底部；所述沟槽内设有栅极绝缘层，所述栅极绝缘层上从下往上依次设有屏蔽栅和栅极，所述屏蔽栅和栅极间隔设置，所述屏蔽栅的横向竖截面为U型状，所述栅极的顶面设有栅极金属层；所述漂移层的顶部设有第一夹断层和第二夹断层，所述第一夹断层和第二夹断层位于所述沟槽两侧；所述第一夹断层的右端设有第一源区，所述第一源区的顶部设有第一源极金属层；所述第二夹断层的左端设有第二源区，所述第二源区的顶面设有第二源极金属层。2.根据权利要求1所述的一种碳化硅MOSFET，其特征在于，所述第一源区的顶面与所述第一夹断层的顶面齐平，所述第二源区的顶面与所述第二夹断层的顶面齐平。3.根据权利要求1所述的一种碳化硅MOSFET，其特征在于，所述碳化硅衬底的导电类型和漂移层的导电类型相同。4.根据权利要求1所述的一种碳化硅MOSFET，其特征在于，所述第一夹断层和第二夹断层为p型掺杂，且掺杂浓度相同；所述第一源区和第二源区为n型掺杂，且掺杂浓度相同；所述第一源区的掺杂浓度大于第一夹断层的掺杂浓度，所述第一夹断层的掺杂浓度大于所述漂移层的掺杂浓度。5.根据权利要求1所述的一种碳化硅MOSFET，其特征在于，在所述屏蔽层上开设所述沟槽后，所述屏蔽层包括左屏蔽顶面和右屏蔽顶面，所述左屏蔽顶面和右屏蔽顶面均高于所述屏蔽栅的顶面。6.根据权利要求5所述的一种碳化硅MOSFET，其特征在于，所述第一源极金属层通过第一金属线与所述左屏蔽顶面电连接，所述第二源极金属层通过第二金属线与所述右屏蔽顶面电连接。7.根据权利要求1所述的一种碳化硅MOSFET，其特征在于，所述屏蔽栅与所述屏蔽层之间的栅极绝缘层为U型状。8.一种碳化硅MOSFET的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：提供半导体器件，所述半导体器件包括漏极金属层、碳化硅衬底和漂移层，所述漏极金属层和漂移层分别在碳化硅衬底的底面和顶面；S2：在所述漂移层上制作第一阻挡层，并在所述第一阻挡层上开设第一离子注入孔，通过所述第一离子注入孔向所述漂移层内注入离子从而在所述漂移层内制作屏蔽层，在所述屏蔽层制作完成后，去除所述第一阻挡层；S3：在所述漂移层上制作第二阻挡层，然后蚀刻所述第二阻挡层、漂移层和屏蔽层，从而在所述漂移层和屏蔽层上形成沟槽，所述沟槽的横向竖截面为U型状，所述沟槽的底部高于所述屏蔽层的底部；S4：通过干氧氧化工艺氧化所述沟槽，在所述沟槽内制作U型的第一栅...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗寅，谭在超，丁国华，
申请(专利权)人：苏州锴威特半导体股份有限公司，
类型：发明
国别省市：