新型低比导通电阻碳化硅场效应晶体管制造技术

本发明专利技术属于半导体技术领域，具体提供一种新型低比导通电阻碳化硅场效应晶体管，用以解决传统SiC MOSFET器件的沟道反型层电子迁移率较低的问题。本发明专利技术通过利用积累层作为导电沟道的设计，能实现了沟道区域积累层高电子迁移率，在保证相对于传统碳化硅MOSFET有同样的耐压等级的基础上，极大降低了器件的比导通电阻，大大改善了功率器件的击穿电压与比导通电阻之间的折衷关系；并且，器件具有简易的工艺流程和较少的离子注入工艺，避免了离子注入带来的高成本、晶格损伤等问题，也实现了器件性能的大幅度提升；另外，进一步实现了器件的反向续流能力，极大地丰富了器件的电路可应用场景，以及降低了应用成本。以及降低了应用成本。以及降低了应用成本。

【技术实现步骤摘要】
新型低比导通电阻碳化硅场效应晶体管


[0001]本专利技术属于半导体
，具体提供一种新型结构的低比导通电阻碳化硅(SiC)积累型沟道场效应晶体管功率器件。

技术介绍

[0002]碳化硅(SiC)作为具有独特物理和化学特性的
Ⅳ‑Ⅳ
族化合物材料，硅原子和碳原子间的强化学键赋予了该材料非常高的硬度、化学稳定性和高的热导率。碳化硅材料的禁带(3.26eV)约为硅(1.12eV)的3倍，这样的宽禁带特性一方面带来了极低的本征载流子浓度，体现在器件的优势就是可以承受更高的结温，使得器件可以应用在高温条件下；另一方面也带来了高的击穿电场强度，这也就意味着在相同的击穿电压下器件的耐压区厚度(或宽度)更小，电流密度更大，比导通电阻更低。衡量功率器件的一个关键参数：巴利加优值的表达式为FOM＝V
B2
/R
ON,sp
，其中，V
B
表示器件的击穿电压，R
ON,sp
表示器件的比导通电阻；然而，更高的击穿电压需要降低耐压区域的掺杂浓度，随之器件的比导通电阻则会增大；由此可见，如何平衡这两者之间的折衷关系是功率器件设计的一大重点。
[0003]碳化硅场效应晶体管在实际的生产过程却存在着SiC/SiO2系统有着非常高界面态密度的问题，尽管有许多的工艺方法被提出来用来优化这一类问题，但是这些方法大大增加了工艺流程的复杂性以及成产成本。对于金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)来说，还存在着由于SiC/SiO2系统存在高界面态密度从而导致低反型层电子迁移率(通常约为20～50cm2·
v
‑1·
s
‑1)的问题，现有的各种工艺手段仍然难以实现MOSFET反型层电子迁移率的大幅度提高。目前，通过合理的器件结构的设计，SiCMOSFET器件的耐压已经可以达到近乎其理论边界，但沟道区域由于其较低的反型层电子迁移率严重抑制了器件比导通电阻的进一步下降。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于针对传统SiC MOSFET器件的沟道反型层电子迁移率较低的问题，提出一种新型低通态电阻碳化硅(SiC)积累型沟道场效应晶体管；本专利技术中积累型SiC MOSFET器件实现了沟道区域积累层高电子迁移率(150～200cm2·
v
‑1·
s
‑1)设计，从而极大的降低了沟道区域的电阻，进而极大的改善了器件击穿电压与比导通电阻之间的折衷关系；并且，本专利技术中积累型SiCMOSFET器件以其简易的工艺流程和较少的离子注入工艺展现出极大的潜力，一定程度上避免了离子注入带来的高成本、晶格损伤等问题，同时也实现了器件性能的大幅度提升；另外，考虑到器件在电路中的应用场景，实现积累型场效应晶体管的常关能力十分必要，并在积累型SiC MOSFET器件的基础上进一步改进实现了器件的反向续流能力，极大地丰富了器件的电路可应用场景，以及降低了应用成本。
[0005]为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：
[0006]新型低比导通电阻碳化硅积累型沟道场效应晶体管，其特征在于，包括：
[0007]第一导电类型重掺杂碳化硅衬底1，位于第一导电类型重掺杂碳化硅衬底1下方的
金属化漏极8、且二者形成欧姆接触，位于第一导电类型重掺杂碳化硅衬底1上方的第一导电类型轻掺杂碳化硅区2，以及位于第一导电类型轻掺杂碳化硅区2上方的金属化源极7；
[0008]第一导电类型轻掺杂碳化硅区2内设置有2个第二导电类型掺杂碳化硅区3、4个第二导电类型重掺杂多晶硅栅极或氧化镍栅极4与3个第一导电类型重掺杂碳化硅区5，其中，4个第二导电类型重掺杂多晶硅栅极或氧化镍栅极等间距排布、且每个第二导电类型重掺杂多晶硅栅极或氧化镍栅极均包裹于栅氧化层6中，3个第一导电类型重掺杂碳化硅区分别设置于相邻栅氧化层之间、且上方均与金属化源极形成欧姆接触，2个第二导电类型掺杂碳化硅区分别设置于位于两侧的栅氧化层的下方。
[0009]进一步的，第二导电类型掺杂碳化硅区3与其上方的栅氧化层之间还设置有肖特基金属区9，肖特基金属区9连接金属化源极、且与第一导电类型轻掺杂碳化硅区2形成肖特基势垒二极管。
[0010]进一步的，第二导电类型掺杂碳化硅区3与其上方的栅氧化层之间还设置有硅区，硅区与第一导电类型轻掺杂碳化硅区2形成硅/碳化硅异质结二极管，硅区外表面设置金属化源极。
[0011]进一步的，第二导电类型掺杂碳化硅区3与其上方的栅氧化层之间还设置有多晶硅区，多晶硅区与第一导电类型轻掺杂碳化硅区2形成多晶硅/碳化硅异质结二极管，多晶硅区外表面设置金属化源极。
[0012]需要说明的是：上述所有器件中，第一导电类型是N型，第二导电类型是P型；而第一导电类型和第二导电类型根据设计需要可以相互切换。
[0013]与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：
[0014]本专利技术提供了常关型的低比导通电阻的高压碳化硅积累型场效应晶体管、常关型的低比导通电阻并集成肖特基势垒二极管的高压碳化硅积累型场效应晶体管，常关型的低比导通电阻并集成硅/碳化硅或多晶硅/碳化硅异质结二极的高压碳化硅积累型场效应晶体管，这些结构通过利用积累层作为导电沟道的，在保证相对于传统碳化硅MOSFET有同样的耐压等级的基础上，极大降低了器件的比导通电阻，大大改善了功率器件的击穿电压与比导通电阻之间的折衷关系。
附图说明
[0015]图1为本专利技术实施例1中新型常关低比导通电阻的高压碳化硅积累型场效应晶体管的元胞(剖面)结构示意图；
[0016]图2为本专利技术实施例2中新型常关低比导通电阻的高压碳化硅积累型场效应晶体管的元胞(剖面)结构示意图；
[0017]图3为本专利技术实施例3中新型常关低比导通电阻的高压碳化硅积累型场效应晶体管的元胞(剖面)结构示意图；
[0018]其中，1为N型重掺杂碳化硅衬底，2为N型轻掺杂碳化硅区，3为P型掺杂碳化硅区，4为P型重掺杂多晶硅栅极，5为N型重掺杂碳化硅区，6为栅氧化层，7为金属化源极(S)，8为金属化漏极(D)，9为肖特基金属区，10为硅/多晶硅区。
具体实施方式
[0019]为了使本专利技术的目的、技术方案和有益效果更加清晰明白，下面将结合附图和实施例对本专利技术进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施方式，而不是全部的实施方式。
[0020]实施例1
[0021]本实施例提供了一种新型常关低比导通电阻的碳化硅积累型场效应晶体管，其元胞结构如图1所示，具体包括：
[0022]N型重掺杂碳化硅衬底1，位于N型重掺杂碳化硅衬底1下方的金属化漏极8(D)、且二者形成欧姆接触，位于N型重掺杂碳化硅衬底1上方的N型轻掺杂碳化硅区2，以及位于N型轻掺杂碳化硅区2上方的金属化源极7(S)；
[0023]N型轻掺杂碳化硅区2内设置有2个P型掺杂碳化硅区3、4个P型重掺杂多晶硅栅极4(G)与3个N型重掺杂碳化硅区5，其中，4个P型重掺杂本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.新型低比导通电阻碳化硅场效应晶体管，其特征在于，包括：第一导电类型重掺杂碳化硅衬底(1)，位于第一导电类型重掺杂碳化硅衬底(1)下方的金属化漏极(8)、且二者形成欧姆接触，位于第一导电类型重掺杂碳化硅衬底(1)上方的第一导电类型轻掺杂碳化硅区(2)，以及位于第一导电类型轻掺杂碳化硅区(2)上方的金属化源极(7)；第一导电类型轻掺杂碳化硅区(2)内设置有2个第二导电类型掺杂碳化硅区(3)、4个第二导电类型重掺杂多晶硅栅极(4)与3个第一导电类型重掺杂碳化硅区(5)，其中，4个第二导电类型重掺杂多晶硅栅极等间距排布、且每个第二导电类型重掺杂多晶硅栅极均包裹于栅氧化层(6)中，3个第一导电类型重掺杂碳化硅区分别设置于相邻的栅氧化层之间、且上方均与金属化源极形成欧姆接触，2个第二导电类型掺杂碳化硅区分别设置于位于两侧的栅氧化层的下方。2.按权利要求1所述新型低比导通电阻碳化硅场效应晶体...

【专利技术属性】
技术研发人员：孔谋夫，段元淼，于宁，程泽俞，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：