本发明专利技术涉及半导体领域，提供一种碳化硅与硅异质结的LDMOS器件及制造方法。所述LDMOS器件包括：硅衬底、第一导电类型阱区、第二导电类型体区、第一导电类型漂移区、源区、漏区以及栅极结构，还包括：第二导电类型埋层；第二导电类型埋层和第二导电类型体区的材料均为硅，第一导电类型漂移区和漏区的材料均为碳化硅；第一导电类型漂移区与第二导电类型埋层纵向相接，以在导电状态时在纵向相接的界面区域形成碳化硅与硅的异质结；第一导电类型漂移区与第二导电类型体区横向相接，以在导电状态时在横向相接的界面区域形成碳化硅与硅的异质结。本发明专利技术利用纵向和横向的双异质结，提高器件的击穿电压，提升载流子迁移率，降低导通电阻。降低导通电阻。降低导通电阻。
【技术实现步骤摘要】
碳化硅与硅异质结的LDMOS器件及制造方法
[0001]本专利技术涉及半导体领域，具体地涉及一种碳化硅与硅异质结的LDMOS器件、一种碳化硅与硅异质结的LDMOS器件的制造方法以及一种功率芯片。
技术介绍
[0002]近年来随着清洁能源的蓬勃发展，相关的电力电子器件对工作电压和功率密度等指标提出了更高要求。传统的Si基LDMOS（Lateral Double
‑
diffused MOSFET，横向双扩散金属氧化物半导体场效应管）功率器件因Si材料的禁带宽度、温度特性、临界击穿电场等特性所限制，不利于进一步提升性能。SiC材料相较于Si材料具有宽禁带、高击穿场强、高饱和电子速度、高热导率、良好的化学稳定性、强抗辐照能力等特性，是实现高性能功率器件的理想材料，而利用单一SiC外延衬底制成的LDMOS器件成本高，且与传统的Si基半导体工艺兼容性差，不利于提高器件集成度。
[0003]LDMOS器件的击穿电压和导通电阻是最重要的电学参数，提高击穿电压，降低导通电阻是重要指标。现有技术中，通过在LDMOS漂移区表面设置浅槽隔离结构（STI）或者场氧化层结构，来提高器件的击穿电压，但同时也会带来导通电阻增大的问题，并且STI隔离槽或场氧化层结构与Si衬底界面处Si
‑
SiO2的界面态积累，会引起器件性能的长期退化。
[0004]如何利用SiC材料特性对LDMOS结构进行改进，以及如何在传统的Si基半导体工艺基础，利用SiC材料制作LDMOS器件，来提高器件的击穿电压并降低导通电阻，是目前亟需解决的问题。
技术实现思路
[0005]本专利技术的目的是提供一种碳化硅与硅异质结的LDMOS器件及制造方法，以提高器件的击穿电压并降低导通电阻。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术一方面提供一种碳化硅与硅异质结的LDMOS器件，包括：硅衬底、第一导电类型阱区、第二导电类型体区、第一导电类型漂移区、源区、漏区以及栅极结构，还包括：第二导电类型埋层；所述第二导电类型埋层和所述第二导电类型体区的材料均为硅，所述第一导电类型漂移区和所述漏区的材料均为碳化硅；所述第一导电类型漂移区与所述第二导电类型埋层纵向相接，以在导电状态时在纵向相接的界面区域形成碳化硅与硅的异质结；所述第一导电类型漂移区与所述第二导电类型体区横向相接，以在导电状态时在横向相接的界面区域形成碳化硅与硅的异质结。
[0007]本专利技术实施例中，所述第一导电类型漂移区包括：第一导电类型离子掺杂的碳化硅漂移区以及无掺杂的碳化硅过渡区；所述第一导电类型离子掺杂的碳化硅漂移区与所述第二导电类型埋层纵向相接，且与所述第二导电类型体区横向相接；所述无掺杂的碳化硅过渡区位于所述第一导电类型离子掺杂的碳化硅漂移区的表面，且与所述第二导电类型体
区横向相接。
[0008]本专利技术实施例中，所述第一导电类型漂移区与所述第二导电类型体区之间设置有第一导电类型积累区。
[0009]本专利技术实施例中，所述栅极结构包括：多晶硅栅极、栅氧化层以及氮化硅侧墙，所述栅氧化层设置于所述多晶硅栅极与所述第二导电类型体区之间，所述氮化硅侧墙设置于所述多晶硅栅极的两侧。
[0010]本专利技术实施例中，上述的LDMOS器件还包括：衬底电极以及金属电极，所述衬底电极与所述源区相接，所述金属电极设置于所述衬底电极、所述源区、所述漏区以及所述多晶硅栅极的表面。
[0011]本专利技术另一方面提供一种碳化硅与硅异质结的LDMOS器件的制造方法，包括：对硅衬底进行离子注入第一导电类型阱区；在第一导电类型阱区的上方形成沟槽，在沟槽内外延生长碳化硅，形成碳化硅漂移区；在与碳化硅漂移区相邻的纵向区域形成第二导电类型埋层，在与碳化硅漂移区相邻的横向区域形成第二导电类型体区；在第二导电类型体区表面形成栅极结构和源区，在碳化硅漂移区表面形成漏区。
[0012]本专利技术实施例中，所述对硅衬底进行离子注入第一导电类型阱区，包括：选取P型硅衬底，在 P型硅衬底的预定区域内注入N型离子，形成N型阱区。
[0013]本专利技术实施例中，所述在第一导电类型阱区的上方形成沟槽，在沟槽内外延生长碳化硅，形成碳化硅漂移区，包括：对硅衬底进行刻蚀，在第一导电类型阱区的上方形成沟槽；采用化学气相沉积法在沟槽内外延生长第一导电类型离子掺杂的碳化硅，形成第一导电类型离子掺杂的碳化硅漂移区；在第一导电类型离子掺杂的碳化硅漂移区表面外延生长无掺杂的碳化硅，形成无掺杂的碳化硅过渡区。
[0014]本专利技术实施例中，所述在第二导电类型体区表面形成栅极结构，包括：采用热氧化法在第二导电类型体区表面形成栅氧化层；在栅氧化层表面沉积多晶硅，形成多晶硅栅极；在多晶硅栅极表面沉积氮化硅，对氮化硅进行刻蚀，保留多晶硅栅极两侧的氮化硅，形成氮化硅侧墙。
[0015]本专利技术实施例中，上述的碳化硅与硅异质结的LDMOS器件的制造方法还包括：在碳化硅漂移区与第二导电类型体区之间形成第一导电类型积累区。
[0016]本专利技术实施例中，所述碳化硅漂移区的离子掺杂浓度为1
×
10
16
~1
×
10
17
cm
‑3，所述第二导电类型埋层的离子掺杂浓度为3
×
10
17
~6
×
10
17
cm
‑3，所述第二导电类型体区的离子掺杂浓度为1
×
10
17
~5
×
10
17
cm
‑3。
[0017]本专利技术还提供了一种功率芯片，该功率芯片包括上述的碳化硅与硅异质结的LDMOS器件。
[0018]本专利技术对传统LDMOS结构进行改进，漂移区和漏区采用碳化硅材料，并在体区和碳化硅漂移区下设置埋层，使漂移区与埋层在纵向相接的界面区域形成碳化硅与硅的异质结，并使漂移区与体区在横向相接的界面区域形成碳化硅与硅的异质结，即形成纵向和横向的双异质结，提高器件的击穿电压，提升载流子迁移率，从而降低导通电阻；由于LDMOS的漏极和漂移区是器件的主要耐压区，碳化硅（SiC）具有高击穿场强特性，因此碳化硅材料的
漂移区和漏区可显著提高器件的击穿电压和长期可靠性。
附图说明
[0019]附图是用来提供对本专利技术实施方式的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本专利技术实施方式，但并不构成对本专利技术实施方式的限制。在附图中：图1是本专利技术实施例一提供的碳化硅与硅异质结的LDMOS器件的结构示意图；图2是本专利技术实施例二提供的碳化硅与硅异质结的LDMOS器件的结构示意图；图3是本专利技术实施例提供的碳化硅与硅异质结的LDMOS器件的制造方法的流程图；图4a是本专利技术实施例提供的制造方法中形成的阱区的结构示意图；图4b是本专利技术实施例提供的制造方法中形成的碳化硅漂移区的结构示意图；图4c是本专利技术实施例提供的制造方法中形成的埋层和体区的结构示意图；图4d是本专利技术实施本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种碳化硅与硅异质结的LDMOS器件，包括：硅衬底、第一导电类型阱区、第二导电类型体区、第一导电类型漂移区、源区、漏区以及栅极结构，其特征在于，还包括：第二导电类型埋层；所述第二导电类型埋层和所述第二导电类型体区的材料均为硅，所述第一导电类型漂移区和所述漏区的材料均为碳化硅；所述第一导电类型漂移区与所述第二导电类型埋层纵向相接，以在导电状态时在纵向相接的界面区域形成碳化硅与硅的异质结；所述第一导电类型漂移区与所述第二导电类型体区横向相接，以在导电状态时在横向相接的界面区域形成碳化硅与硅的异质结。2.根据权利要求1所述的碳化硅与硅异质结的LDMOS器件，其特征在于，所述第一导电类型漂移区包括：第一导电类型离子掺杂的碳化硅漂移区以及无掺杂的碳化硅过渡区；所述第一导电类型离子掺杂的碳化硅漂移区与所述第二导电类型埋层纵向相接，且与所述第二导电类型体区横向相接；所述无掺杂的碳化硅过渡区位于所述第一导电类型离子掺杂的碳化硅漂移区的表面，且与所述第二导电类型体区横向相接。3.根据权利要求1所述的碳化硅与硅异质结的LDMOS器件，其特征在于，所述第一导电类型漂移区与所述第二导电类型体区之间设置有第一导电类型积累区。4.根据权利要求1所述的碳化硅与硅异质结的LDMOS器件，其特征在于，所述栅极结构包括：多晶硅栅极、栅氧化层以及氮化硅侧墙，所述栅氧化层设置于所述多晶硅栅极与所述第二导电类型体区之间，所述氮化硅侧墙设置于所述多晶硅栅极的两侧。5.根据权利要求4所述的碳化硅与硅异质结的LDMOS器件，其特征在于，还包括：衬底电极以及金属电极，所述衬底电极与所述源区相接，所述金属电极设置于所述衬底电极、所述源区、所述漏区以及所述多晶硅栅极的表面。6.一种碳化硅与硅异质结的LDMOS器件的制造方法，其特征在于，包括：对硅衬底进行离子注入第一导电类型阱区；在第一导电类型阱区的上方形成沟槽，在沟槽内外延生长碳化硅，形成碳化硅漂移区；在与碳化硅漂移区相邻的纵向区域形成第二导电类型埋层，在与碳化硅漂移区相邻的横向区域形成第二导电类型体区；在第二导电类型体区表面形成栅极结构和源区，在碳化硅漂移区表面形成漏区。7.根据权利要求6所述的碳化硅与硅异质结的LD...
【专利技术属性】
技术研发人员：张同，刘芳，吴波，邓永峰，王凯，孟庆萌，常泽洲，
申请(专利权)人：国网山西省电力公司国网山西省电力公司电力科学研究院国家电网有限公司，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。