一种沟槽型碳化硅MOSFET器件及其制备工艺制造技术

本发明专利技术提供了一种沟槽型碳化硅MOSFET器件及其制备工艺，MOSFET器件包括高浓度N型漏极及漏极金属，在高浓度N型漏极上设有低浓度的N型外延层，在N型外延层上方设有P型阱区，在P型阱区表面设有高浓度N型源极和高浓度P型源极，在N型外延层远离高浓度N型漏极的一端表面设有纵向沟槽，纵向沟槽内部设有多晶硅，且多晶硅外围被栅氧化层包裹，在纵向沟槽底部正下方区域的N型外延层中还设有P型掺杂区，P型掺杂区向靠近高浓度N型漏极方向延伸，高浓度N型源极和高浓度P型源极表面还设有接触孔和介质层。本发明专利技术能够对器件的栅氧化层提供全面的保护，同时P型掺杂区的形成不需要使用掩模版，提高精度的同时降低成本。高精度的同时降低成本。高精度的同时降低成本。

【技术实现步骤摘要】
一种沟槽型碳化硅MOSFET器件及其制备工艺


[0001]本专利技术涉及一种半导体器件，尤其涉及一种沟槽型碳化硅MOSFET器件及其制备工艺。

技术介绍

[0002]碳化硅（SiC）MOSFET器件作为新型功率器件，相比传统硅基功率器件具有击穿电压高、导通电阻低、开关损耗小等特点，得益于其上述优势，一般用在650V及以上的高压领域，可以取代硅基的超结MOSFET器件、高压IGBT器件应用在新能源汽车、光伏发电、高压逆变器等领域。
[0003]在功率器件中使用最多的是4H
‑
SiC材料，其禁带宽度是硅材料禁带宽度的三倍，由于临界击穿场强通常与禁带宽度的平方成正比，因此4H
‑
SiC的临界击穿电场是硅材料的9~10倍，具体来看，硅的临界击穿电场为300kV/cm，而4H
‑
SiC的临界击穿电场为3000kV/cm。对于SiC MOSFET器件而言，通常在SiC表面设有较薄的栅氧化层，其通常厚度约几十纳米，氧化层上方再设置多晶硅作为器件的栅极，在SiC MOSFET器件表面承担较高的电场时，栅氧化层中电场通常还会比SiC中的电场高3倍左右，因此SiC MOSFET器件的栅氧化层尤其脆弱，需要在器件设计时尽量降低栅氧化层中的电场，避免栅氧化层击穿，引发SiC MOSFET器件失效。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种沟槽型碳化硅MOSFET器件及其制备工艺，能够对器件的栅氧化层提供较为全面的保护，同时P型掺杂区的形成不需要使用掩模版，提高了生产工艺的精度，降低了工艺生产成本。
[0005]为实现以上技术目的，本专利技术实施例采用的技术方案是：第一方面，本专利技术实施例提供了一种沟槽型碳化硅MOSFET器件，包括高浓度N型漏极及漏极金属，在所述高浓度N型漏极上设有低浓度的N型外延层作为MOSFET器件的漂移区，在所述N型外延层上方设有P型阱区，在所述P型阱区表面还设有高浓度N型源极和高浓度P型源极，在所述N型外延层远离高浓度N型漏极的一端表面设有纵向沟槽，所述纵向沟槽内部设有多晶硅，且所述多晶硅外围被栅氧化层包裹，所述P型阱区在N型外延层中的注入深度小于所述纵向沟槽的深度，在所述纵向沟槽底部正下方区域的N型外延层中还设有P型掺杂区，所述P型掺杂区的宽度小于或等于所述纵向沟槽的宽度，所述P型掺杂区向靠近所述高浓度N型漏极方向延伸，所述高浓度N型源极和高浓度P型源极表面还设有接触孔，所述接触孔用于将源极信号连接至源极金属，所述N型外延层表面除接触孔以外的其他区域设有介质层；在与所述纵向沟槽横向延伸方向相垂直的方向上，设置有至少一个P型体区，当P型体区个数大于一个时，P型体区间隔且平行分布，所述P型体区的上表面与所述P型阱区交叠，所述P型体区下表面位于P型掺杂区下表面的上方；
或者在所述纵向沟槽的一侧设有P型体区，所述P型体区的上表面与所述P型阱区交叠，所述P型体区下表面位于P型掺杂区下表面的上方。
[0006]优选地，所述纵向沟槽底部的栅氧化层厚度大于两侧的栅氧化层厚度。
[0007]进一步地，所述N型外延层包括多层外延层，不同外延层的掺杂浓度不同。
[0008]优选地，所述N型外延层包括两层外延层，在所述高浓度N型漏极上设有第一外延层，在所述第一外延层上方设有第二外延层，所述第一外延层的厚度为1~20 μm，所述第二外延层的厚度为3~20 μm。
[0009]进一步地，所述高浓度N型源极位于所述纵向沟槽两侧，所述高浓度P型源极间隔穿插在相邻两个高浓度N型源极之间。
[0010]进一步地，所述高浓度N型源极和高浓度P型源极在与纵向沟槽横向延伸方向相垂直的方向间隔分布。
[0011]进一步地，在所述相邻P型掺杂区或相邻纵向沟槽之间的N型外延层中还设有N型掺杂区，所述N型掺杂区浓度高于N型外延层浓度。
[0012]优选地，所述P型掺杂区的掺杂浓度为1E13cm
‑3~1E21cm
‑3，所述P型阱区的掺杂浓度为1E13cm
‑3~1E17cm
‑3。
[0013]第二方面，本专利技术实施例提供了一种沟槽型碳化硅MOSFET器件的制备工艺，应用于第一部分所述沟槽型碳化硅MOSFET器件，包括如下步骤：步骤S1、选取N型衬底材料作为器件的高浓度N型漏极，单次外延或多次外延生长N型外延层，获得碳化硅外延片；步骤S2、利用P型阱区的掩模版，在N型外延层表面注入受主离子形成P型阱区，利用P型体区的掩模版，在N型外延层表面注入受主离子形成P型体区，再分别利用掩模版，注入施主离子形成高浓度N型源极，注入受主离子形成高浓度P型源极；步骤S3、在N型外延层表面淀积第一阻挡层，再利用掩模版，将纵向沟槽区域的第一阻挡层去除，并进一步刻蚀碳化硅形成纵向沟槽；步骤S4、在碳化硅外延片表面淀积第二阻挡层，接着刻蚀第二阻挡层，刻蚀掉纵向沟槽底部的第二阻挡层，保留纵向沟槽侧壁的第二阻挡层；步骤S5、用离子注入的方法在碳化硅外延片表面注入受主离子，形成宽度小于或等于纵向沟槽宽度的P型掺杂区；步骤S6、刻蚀掉碳化硅外延片表面剩余的第二阻挡层和第一阻挡层，接着进行高温退火，以激活注入到碳化硅中的杂质离子；步骤S7、在纵向沟槽内生长栅氧化层，接着在沟槽内淀积多晶硅；步骤S8、在碳化硅外延片表面淀积介质层，然后在介质层上选择性刻蚀出接触孔，接着在所述接触孔中淀积金属，在高温退火后使得金属与所述高浓度N型源极、高浓度P型源极形成欧姆接触，接着选择性刻蚀金属，形成源极金属；步骤S9、对N型衬底进行减薄，再在高浓度N型漏极底部淀积漏极金属，在高温退火后使得所述漏极金属与所述N型衬底形成欧姆接触。
[0014]第三方面，本专利技术实施例提供了一种沟槽型碳化硅MOSFET器件的制备工艺，应用于第一部分所述沟槽型碳化硅MOSFET器件，P型阱区和P型掺杂区同时形成，包括如下步骤：步骤一、选取N型衬底材料作为器件的高浓度N型漏极，单次外延或多次外延生长N
型外延层，获得碳化硅外延片；步骤二、利用P型体区的掩模版，在N型外延层表面注入受主离子形成P型体区，再利用掩模版，使用离子注入的方法在N型外延层表面注入施主离子形成高浓度N型源极，注入受主离子形成高浓度P型源极；步骤三、利用掩模版，刻蚀N型外延层表面形成纵向沟槽；步骤四、在碳化硅外延片表面淀积第二阻挡层，接着刻蚀第二阻挡层，刻蚀掉纵向沟槽底部的第二阻挡层，保留纵向沟槽侧壁的第二阻挡层；步骤五、用离子注入的方法在碳化硅外延片表面注入受主离子同时形成P型阱区和P型掺杂区；步骤六、刻蚀掉碳化硅外延片表面剩余的第二阻挡层，接着进行高温退火，以激活注入到碳化硅中的杂质离子；步骤七~步骤九和第二部分中的步骤S7 ~步骤S9一致。
[0015]与现有技术相比，本专利技术实施例的技术方案具有以下有益效果：（1）本专利技术提供的沟槽型碳化硅MOSFET器件在沟槽栅底部设有较深的P型掺杂区，P型掺杂区比纵向沟槽深0.1~5 μm，能有效降低栅氧界面处的电场强度，提高器件可靠性。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种沟槽型碳化硅MOSFET器件，包括高浓度N型漏极（02）及漏极金属（01），在所述高浓度N型漏极（02）上设有低浓度的N型外延层（03）作为MOSFET器件的漂移区，在所述N型外延层（03）上方设有P型阱区（08），在所述P型阱区（08）表面还设有高浓度N型源极（09）和高浓度P型源极（10），其特征在于，在所述N型外延层（03）远离高浓度N型漏极（02）的一端表面设有纵向沟槽（05），所述纵向沟槽（05）内部设有多晶硅（06），且所述多晶硅（06）外围被栅氧化层（07）包裹，所述P型阱区（08）在N型外延层（03）中的注入深度小于所述纵向沟槽（05）的深度，在所述纵向沟槽（05）底部正下方区域的N型外延层（03）中还设有P型掺杂区（04），所述P型掺杂区（04）的宽度小于或等于所述纵向沟槽（05）的宽度，所述P型掺杂区（04）向靠近所述高浓度N型漏极（02）方向延伸，所述高浓度N型源极（09）和高浓度P型源极（10）表面还设有接触孔（11），所述接触孔（11）用于将源极信号连接至源极金属（13），所述N型外延层（03）表面除接触孔（11）以外的其他区域设有介质层（12）；在与所述纵向沟槽（05）横向延伸方向相垂直的方向上，设置有至少一个P型体区（16），当P型体区（16）个数大于一个时，P型体区（16）间隔且平行分布，所述P型体区（16）的上表面与所述P型阱区（08）交叠，所述P型体区（16）下表面位于P型掺杂区（04）下表面的上方；或者在所述纵向沟槽（05）的一侧设有P型体区（16），所述P型体区（16）的上表面与所述P型阱区（08）交叠，所述P型体区（16）下表面位于P型掺杂区（04）下表面的上方。2.根据权利要求1所述的沟槽型碳化硅MOSFET器件，其特征在于，所述N型外延层（03）包括多层外延层，不同外延层的掺杂浓度不同。3.根据权利要求1所述的沟槽型碳化硅MOSFET器件，其特征在于，所述高浓度N型源极（09）位于所述纵向沟槽（05）两侧，所述高浓度P型源极（10）间隔穿插在相邻两个高浓度N型源极（09）之间。4.根据权利要求1所述的沟槽型碳化硅MOSFET器件，其特征在于，所述高浓度N型源极（09）和高浓度P型源极（10）在与纵向沟槽（05）横向延伸方向相垂直的方向间隔分布。5.根据权利要求1所述的沟槽型碳化硅MOSFET器件，其特征在于，在所述相邻P型掺杂区（04）或相邻纵向沟槽（05）之间的N型外延层（03）中还设有N型掺杂区，所述N型掺杂区浓度高于N型外延层（03）浓度。6.一种沟槽型碳化硅MOSFET器件的制备工艺，其特征在于，应用于如权利要求1~5任一项所述沟槽型碳化硅MOSFET器件，包括如下步骤：步骤S1、选取N型衬底材料作为器件的高浓度N型漏极（02），单次外延或多次外延生长N型外延层（03），获得碳化硅外延片（101）；步骤S2、利用P型阱区（08）的掩模版，在N型外...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱袁正，杨卓，黄薛佺，朱晨凯，
申请(专利权)人：无锡新洁能股份有限公司，
类型：发明
国别省市：