宽禁带半导体材料构成的槽栅MOSFET器件及其制造方法技术

本发明专利技术属于宽禁带半导体技术领域，具体提供宽禁带半导体材料构成的槽栅MOSFET器件及其制造方法，用以解决现有技术因动态电阻大而无法实际应用的问题。本发明专利技术在两个槽栅之间设置接地的P型连通区5，能够很大程度的缩小两个槽栅之间的间距，从而显著提高沟道密度，降低比导通电阻；并且，通过该P型连通区将槽栅下方的P+重掺杂电场屏蔽区6接地，有效降低了槽栅MOSFET在关态时栅氧化层处的电场值，进而提高栅氧可靠性，避免动态电阻增大；同时，P型连通区5与P+重掺杂电场屏蔽区6使得两个槽栅相邻一侧及底部被P型区完全包围，则栅漏电容转化为栅源电容，极大地降低栅漏电容，进而能够提高开关速度、并降低驱动功耗与开关损耗。并降低驱动功耗与开关损耗。并降低驱动功耗与开关损耗。

【技术实现步骤摘要】
宽禁带半导体材料构成的槽栅MOSFET器件及其制造方法


[0001]本专利技术属于宽禁带半导体
，具体涉及一种由宽禁带半导体制成的具有栅氧化层电场保护的高沟道密度槽栅功率MOSFET的元胞结构，以及针对SiC材料构成器件时的一种制造方法。

技术介绍

[0002]宽禁带半导体材料具有高热导率、宽禁带等特点，其制作的功率MOSFET器件具有更高的击穿电压、超低的比导通电阻，非常适合电力电子系统开关应用；但是，宽禁带半导体超高的临界击穿电场带来的一个问题是其制成的MOSFET栅氧化层会提前击穿，所以必须对栅氧化层进行电场保护，常见的措施为在栅氧底部或者临近的两边设置接地的P型电场屏蔽区。
[0003]专利技术人曾在公开号为CN110767753A的专利文献中公开了一种具有电场保护功能的SiC槽栅MOSFET器件，其元胞结构中利用两个槽栅之间的P型肖特基二极管接地实现对槽栅的保护；但是，该结构对于MOSFET会显著增大其动态电阻，这是因为MOSFET没有电导调制效应，MOSFET从耐压进入导通后，槽栅下原本耗尽的P型电场屏蔽区无法从反偏的P型肖特基结及时补充空穴，从而导致P型区周围的N型区始终处于耗尽状态，即使电子沟道形成，器件的JFET区仍然处于深耗尽状态，电阻非常大，所以该MOSFET具有非常大的动态电阻，难以实际应用。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于针对现有具有电场保护功能的SiC槽栅MOSFET器件因动态电阻大而无法实际应用的问题，提出一种宽禁带半导体材料构成的槽栅MOSFET器件及其制造方法，用以实现栅氧化层电场保护的同时避免动态电阻增大，并且极大地降低栅漏电容，提高开关速度，降低驱动功耗以及开关损耗。
[0005]为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：
[0006]一种宽禁带半导体材料构成的槽栅MOSFET器件，其特征在于，其元胞结构包括：
[0007]N+重掺杂宽禁带半导体衬底3；
[0008]位于N+重掺杂宽禁带半导体衬底3下的漏极欧姆接触金属4，位于漏极欧姆接触金属4下的漏极金属电极16；
[0009]位于N+重掺杂宽禁带半导体衬底3上的N型缓冲层2，位于缓冲层2上的N型耐压层1；所述N型耐压层1内设置有两个分隔的槽栅，槽栅由位于槽壁的栅介质层10与填充于槽内的N+重掺杂多晶硅栅11构成，所述N+重掺杂多晶硅栅11上覆盖介质隔离层12；两个分隔的槽栅之间设置P型连通区5、外侧分别设置P型基区8，P型连通区5的深度大于槽栅、P型基区8的深度小于槽栅；所述P型基区8中设置有相邻接的N+重掺杂欧姆接触区9与P+重掺杂欧姆接触区7，N+重掺杂欧姆接触区9邻接栅介质层10，N+重掺杂欧姆接触区9与P+重掺杂欧姆接触区7上覆盖源极欧姆接触金属13；所述P型连通区5中设置P+重掺杂欧姆接触区7，P+重掺
杂欧姆接触区7上覆盖源极欧姆接触金属13；介质隔离层12邻接两侧源极欧姆接触金属13，介质隔离层12与源极欧姆接触金属13上覆盖源极金属电极14。
[0010]进一步的，所述槽栅正下方还设置由P+重掺杂电场屏蔽区6，且与P型连通区5连接。
[0011]进一步的，所述P型基区正下方还设置有N型电流增强区15。
[0012]一种宽禁带半导体材料构成的SiC槽栅MOSFET器件的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
[0013]步骤1.采用N+重掺杂宽禁带半导体衬底，于N+重掺杂宽禁带半导体衬底上外延形成N型缓冲层；再于N型缓冲层上外延形成N型耐压层；
[0014]步骤2.在器件正面，通过光刻法得到P型基区注入区域，采用多次高能Al离子注入形成P型基区；再通过光刻法得到P型连通区注入区域，采用多次高能Al离子注入形成P型连通区；再通过光刻法得到N+重掺杂欧姆接触区注入区域，采用多次高能氮离子注入形成N+重掺杂欧姆接触区；再通过光刻法得到P+重掺杂欧姆接触区注入区域，采用多次高能Al离子注入形成P+重掺杂欧姆接触区；
[0015]步骤3.在器件正面淀积SiO2掩膜层，通过光刻法得到槽栅区域，首先刻蚀槽栅区域上方SiO2掩膜层，再以小倾角(85
‑
90
°
)干法刻蚀形成栅极槽；
[0016]步骤4.在器件正面淀积SiN层，并采用干法刻蚀去除栅极槽的槽壁以外其他区域的SiN层，再于栅极槽的槽底区域进行多次高能Al离子注入形成P+重掺杂电场屏蔽区；
[0017]步骤5.去除SiN层与SiO2掩膜层，采用干法氧化于栅极槽的槽壁形成栅介质层，再向栅极槽的槽内淀积N+重掺杂多晶硅栅进行填充，形成槽栅；
[0018]步骤6.在N+重掺杂多晶硅栅上生长介质隔离层，再通过光刻法在槽栅外侧刻蚀得到源极欧姆接触区域；
[0019]步骤7.在源极欧模接触区域淀积金属Ni层，再于器件背面溅射金属Ni层，并将器件在真空环境下进行RTA退火，于器件正反面分别形成覆盖源极欧姆接触金属与漏极欧姆接触金属；
[0020]步骤8.在器件正面，通过光刻法得到多晶硅栅金属接触区域，并刻蚀形成金属接触孔；再于器件正面溅射Ti/Al金属层，并通过光刻法得到源极区域和栅极区域，采用湿法刻蚀得到源极金属电极与栅极金属电极；
[0021]步骤9.在器件背面，通过光刻法得到漏极区域，并溅射Ti/Ni/Ag复合金属层，形成漏极金属电极，则得到宽禁带半导体材料制作的槽栅MOSFET器件。
[0022]进一步的，步骤2中，在P型基区注入区域形成后，采用多次高能氮离子注入形成N型电流增强区，注入能量使其分布于后续P型基区注入结深的正下方。
[0023]基于上述技术方案，本专利技术的有益效果在于：
[0024]本专利技术提供一种宽禁带半导体材料构成的槽栅MOSFET器件，在两个槽栅之间设置接地的P型连通区5，该P型连通区只要存在即可，则能够很大程度的缩小两个槽栅之间的间距，使得此时槽栅之间的间距完全由工艺水平确定，从而显著提高沟道密度，降低比导通电阻；并且，通过该P型连通区将槽栅下方的P+重掺杂电场屏蔽区6接地，有效降低了槽栅MOSFET在关态时栅氧化层处的电场值，进而提高栅氧可靠性，避免动态电阻增大；同时，P型连通区5与P+重掺杂电场屏蔽区6使得两个槽栅相邻一侧及底部被P型区完全包围，则栅漏
电容转化为栅源电容，极大地降低栅漏电容，进而能够提高开关速度、并降低驱动功耗与开关损耗。
附图说明
[0025]图1为实施例1中宽禁带半导体材料制作的槽栅MOSFET器件的元胞结构示意图。
[0026]图2为实施例1中宽禁带半导体材料制作的槽栅MOSFET器件的制备方法的流程示意图。
[0027]图3为实施例2中宽禁带半导体材料制作的槽栅MOSFET器件的元胞结构示意图。
[0028]图4为实施例3中宽禁带半导体材料制作的槽栅MOSFET器件的元胞结构示意图。
[0029]图5为实施例3中宽禁带半导体材料制作的槽栅MOSFET器件的制备方法的流程示意本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种宽禁带半导体材料构成的槽栅MOSFET器件，其特征在于，其元胞结构包括：N+重掺杂宽禁带半导体衬底(3)；位于N+重掺杂宽禁带半导体衬底(3)下的漏极欧姆接触金属(4)，位于漏极欧姆接触金属下的漏极金属电极(16)；位于N+重掺杂宽禁带半导体衬底(3)上的N型缓冲层(2)，位于缓冲层(2)上的N型耐压层(1)；所述N型耐压层(1)内设置有两个分隔的槽栅，槽栅由位于槽壁的栅介质层(10)与填充于槽内的N+重掺杂多晶硅栅(11)构成，所述N+重掺杂多晶硅栅(11)上覆盖介质隔离层(12)；两个分隔的槽栅之间以及部分槽底设置P型连通区(5)、外侧分别设置P型基区(8)，P型连通区(5)的深度大于槽栅、P型基区(8)的深度小于槽栅；所述P型基区(8)中设置有相邻接的N+重掺杂欧姆接触区(9)与P+重掺杂欧姆接触区(7)，N+重掺杂欧姆接触区(9)邻接栅介质层(10)，N+重掺杂欧姆接触区(9)与P+重掺杂欧姆接触区(7)上覆盖源极欧姆接触金属(13)；所述P型连通区(5)中设置P+重掺杂欧姆接触区(7)，P+重掺杂欧姆接触区(7)上覆盖源极欧姆接触金属(13)；介质隔离层(12)邻接两侧源极欧姆接触金属(13)，介质隔离层与源极欧姆接触金属上覆盖源极金属电极(14)。2.按权利要求1所述宽禁带半导体材料构成的槽栅MOSFET器件，其特征在于，所述槽栅正下方还设置由P+重掺杂电场屏蔽区(6)，且与P型连通区(5)连接。3.按权利要求1所述宽禁带半导体材料构成的槽栅MOSFET器件，其特征在于，所述P型基区正下方还设置有N型电流增强区(15)。4.一种宽禁带半导体材料构成的SiC槽栅MOSFET器件的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1.采用N+重掺杂宽禁带半导体衬底，于N+重掺杂宽禁带半导体衬底上外延形成N型缓冲层；再于N型缓冲层上外延形成N型耐压层；步骤2.在器件正面，通过光刻法得到P型基区注入区域，采用...

【专利技术属性】
技术研发人员：易波，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：