碳化硅金属氧化物半导体场效应晶体管结构及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种碳化硅金属氧化物半导体场效应晶体管结构及其制备方法,涉及半导体集成电路领域，其包括：漏极位于衬底的背面，N

【技术实现步骤摘要】
碳化硅金属氧化物半导体场效应晶体管结构及其制备方法


[0001]本申请涉及半导体集成电路
，尤其涉及的是一种碳化硅金属氧化物半导体场效应晶体管结构及其制备方法。

技术介绍

[0002]碳化硅（SiC）功率器件相较于Si功率器件具有更大的禁带宽度、更高的击穿电场强度和更低的相对介电常数，因此碳化硅功率MOSFET（Metal
‑
Oxide
‑
SemicoNductor Field
‑
Effect TraNsistor, MOSFET,金属
‑
氧化物
‑
半导体场效应晶体管）市场在逐步扩大，将在航空设备、汽车电子、可再生能源和电力电子系统中逐步取代硅基器件。
[0003]但是目前碳化硅 MOSFET的应用也存在一些问题，其中大部分与栅氧化层直接相关。在反向偏置过程中，栅极氧化物处会集中更高的电场，这会影响栅极氧化物的可靠性。
[0004]因此，现有技术还有待改进和发展。

技术实现思路

[0005]本专利技术要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种碳化硅金属氧化物半导体场效应晶体管结构及其制备方法，旨在解决现有技术中碳化硅MOSFET存在栅极氧化层电场集中影响MOS管可靠性的问题。
[0006]本申请提供一种碳化硅金属氧化物半导体场效应晶体管结构，采用如下的技术方案：一种碳化硅金属氧化物半导体场效应晶体管结构，包括：衬底、漏极、源极、第一栅极、P
‑
区、N+源区、P阱、沟槽、N
‑
漂移区、N+缓冲区以及层间介质，其中，所述漏极位于所述衬底的背面，所述N
‑
漂移区和所述N+缓冲区均位于所述衬底的正面且依次设置在所述P
‑
区的下方；所述P阱与所述P
‑
区横向相接，所述N+源区位于所述P
‑
区与P阱之间；所述衬底表面覆盖有第一氧化层，所述第一氧化层远离所述衬底的一侧沉积有第一多晶硅，所述第一多晶硅作为第一栅极；所述沟槽位于所述第一氧化层的正下方以及所述P
‑
区的两端，所述沟槽形成第二栅极；所述源极位于所述P
‑
区的正上方，并位于所述第一栅极的两侧；所述层间介质位于所述源极与所述第一栅极之间。
[0007]进一步地，所述沟槽包括第一沟槽和第二沟槽，所述第一沟槽位于所述第一栅极的正下方，所述第二沟槽的数量为两个，两个所述第二沟槽分别位于所述P
‑
区的两端，所述第一沟槽的深度等于所述第二沟槽的深度。
[0008]进一步地，所述沟槽包括：第二多晶硅以及包覆于所述第二多晶硅的第二氧化层，所述第二氧化层形成所述沟槽的外壁。
[0009]进一步地，所述沟槽的深度范围是0~2um。
[0010]进一步地，所述沟槽包括第一沟槽和第二沟槽，所述第一沟槽位于所述P
‑
区的两端，所述第二沟槽位于所述源极之间；所述第一沟槽的深度大于所述第二沟槽的深度。
[0011]进一步地，所述P
‑
区的离子注入浓度范围为：1
×
10
11
~1
×
10
18
cm
‑3。
[0012]第二方面，本申请提供一种碳化硅金属氧化物半导体场效应晶体管结构的制备方法，采用如下的技术方案：一种碳化硅金属氧化物半导体场效应晶体管结构的制备方法，包括：在衬底的背面形成漏极，以及在衬底的正面依次形成N
‑
漂移区、N+缓冲区，并在衬底表面刻蚀形成两个P
‑
区；在两个所述P
‑
区之间以及所述P
‑
区的两端刻蚀沟槽，对所述沟槽进行生长第二氧化层以及沉积第二多晶硅，以得到第二栅极；对所述P
‑
区进行离子注入以及退火处理形成P阱，对所述P
‑
区进行离子注入以及退火处理形成N+源区；在衬底表面进行生长第一氧化层、沉积第一多晶硅以及第一多晶硅刻蚀处理以形成第一栅极；在所述第一栅极和第一氧化层外层进行层间介质沉积、层间介质回流以及层间介质刻蚀处理，以形成层间介质；在处理后的衬底表面进行金属沉积和金属刻蚀、第一钝化层淀积和第一钝化层刻蚀以及第二钝化层淀积和第二钝化层刻蚀，以形成源极和钝化层。
[0013]进一步地，所述并在衬底表面刻蚀形成两个P
‑
区的步骤包括：在衬底上进行P
‑
区刻蚀并对所述P
‑
区进行离子注入；对离子注入后的所述P
‑
区进行退火处理，以得到所述P
‑
区。
[0014]进一步地，所述退火的温度范围为800~2000℃。
[0015]进一步地，所述在两个所述P
‑
区之间以及所述P
‑
区的两端刻蚀沟槽，对所述沟槽进行生长第二氧化层以及沉积第二多晶硅处理，以得到第二栅极还包括：在所述P
‑
区两端以及所述源极之间的位置刻蚀沟槽，并对所述沟槽进行生长第二氧化层以及沉积第二多晶硅，以得到第二栅极；其中，所述P
‑
区两端的沟槽深度大于所述源极之间的沟槽深度。
[0016]本专利技术的有益效果：当第一栅极施加正偏压后（形成反型沟道）进入导通状态，此时第二栅极浮空，不参与沟道形成。当第一栅极的施加电压低于其导通的阈值电压时，该反型沟道消失，电荷开始移动（空间电荷区开始建立），此时由于第二栅极的存在，第一栅极处不再集中高电场。高电场会更加密集地集中于沟槽处，尤其是在沟槽的尖角区域。在该区域内，电场电荷会被碳化硅衬底和二氧化硅氧化层界面处的多种陷阱俘获，使第二栅极的栅极氧化层功能退化。但是第二栅极的第二氧化层能力退化并不影响第一栅极的阈值电压，还会对第一栅极的第一氧化层进行保护，使其免受高电场的影响。从而改善了现有的MOS管栅极氧化层电场集中影响MOS管可靠性的问题。
[0017]而且，在金属氧化物半导体场效应晶体管的反向恢复过程中，沟槽的存在也可以帮助金属氧化物半导体场效应晶体管的体二极管承担耐压，正向导通时可以约束注入效率，从而更好地实现正向导通压降和反向恢复损耗的折中，提升二极管的性能。
附图说明
[0018]图1是本专利技术实施例提供的碳化硅金属氧化物半导体场效应晶体管结构的整体结构示意图。
[0019]图2是本专利技术实施例提供的碳化硅金属氧化物半导体场效应晶体管结构的制备方法的第一流程框图。
[0020]图3是本专利技术实施例提供的碳化硅金属氧化物半导体场效应晶体管结构的制备方法的第二流程框图。
[0021]图4是本专利技术实施例提供的碳化硅金属氧化物半导体场效应晶体管结构的制备方法的第一工艺流程图。
[0022]图5是本专利技术实施例提供的碳化硅金属氧化物半导体场效应晶体管结构的制备方法的第二工艺流程图。
[0023]图6是本专利技术实本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种碳化硅金属氧化物半导体场效应晶体管结构，其特征在于，包括：衬底、漏极、源极、第一栅极、P
‑
区、N+源区、P阱、沟槽、N
‑
漂移区、N+缓冲区以及层间介质，其中，所述漏极位于所述衬底的背面，所述N
‑
漂移区和所述N+缓冲区均位于所述衬底的正面且依次设置在所述P
‑
区的下方；所述P阱与所述P
‑
区横向相接，所述N+源区位于所述P
‑
区与P阱之间；所述衬底表面覆盖有第一氧化层，所述第一氧化层远离所述衬底的一侧沉积有第一多晶硅，所述第一多晶硅作为第一栅极；所述沟槽位于所述第一氧化层的正下方以及所述P
‑
区的两端，所述沟槽形成第二栅极；所述源极位于所述P
‑
区的正上方，并位于所述第一栅极的两侧；所述层间介质位于所述源极与所述第一栅极之间。2.根据权利要求1所述的碳化硅金属氧化物半导体场效应晶体管结构，其特征在于，所述沟槽包括第一沟槽和第二沟槽，所述第一沟槽位于所述第一栅极的正下方，所述第二沟槽的数量为两个，两个所述第二沟槽分别位于所述P
‑
区的两端，所述第一沟槽的深度等于所述第二沟槽的深度。3.根据权利要求1所述的碳化硅金属氧化物半导体场效应晶体管结构，其特征在于，所述沟槽包括：第二多晶硅以及包覆于所述第二多晶硅的第二氧化层，所述第二氧化层形成所述沟槽的外壁。4.根据权利要求1所述的碳化硅金属氧化物半导体场效应晶体管结构，其特征在于，所述沟槽的深度范围是0~2um。5.根据权利要求1所述的碳化硅金属氧化物半导体场效应晶体管结构，其特征在于，所述沟槽包括第一沟槽和第二沟槽，所述第一沟槽位于所述P
‑
区的两端，所述第二沟槽位于所述源极之间；所述第一沟槽的深度大于所述第二沟槽的深度。6.根据权利要求1所述的碳化硅金属氧化物半导体场效应晶体管结构，其特征在于，所述P
‑
区的离子注入浓度范围为：1
×
10
11
~1
×
10
18

【专利技术属性】
技术研发人员：范维一，方敏，
申请(专利权)人：广东巨风半导体有限公司，
类型：发明
国别省市：