一种沟槽型碳化硅MOSFET器件及其制备工艺制造技术

技术编号:37998906 阅读:36 留言:0更新日期:2023-06-30 10:12
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。
[00本文档来自技高网
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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:

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