MOSFET结构及工艺方法技术

本发明专利技术公开了一种MOSFET及工艺方法，基于SiC衬底或外延层；在外延层中包含有一位于JFET区域的沟槽；所述的沟槽内填充满氧化硅；所述沟槽的两侧具有P阱，所述P阱中包含有所述MOSFET的源区以及将所述P阱引出的重掺杂P型区；所述外延层表面具有一层第一氧化硅，所述沟槽上方的第一氧化硅上为所述MOSFET的栅极，所述栅极向两侧延伸至所述源区的上方；所述沟槽内的第二氧化硅与所述外延层表面的第一氧化硅连为一体。本发明专利技术在平面型SiC MOSFET的元胞结构中引入沟槽型氧化硅结构，在栅极下方的JFET区域的SiC外延层中形成一个沟槽型的埋层氧化硅来降低器件的Cgd，优化SiC MOSFET的比导通电阻，从而减小芯片面积，降低成本。降低成本。降低成本。

【技术实现步骤摘要】
MOSFET结构及工艺方法


[0001]本专利技术涉及半导体器件及工艺制造领域，特别是涉及一种全新的SiC衬底的 MOSFET结构及工艺实现方法。

技术介绍

[0002]SiC MOSFET技术是一种基于碳化硅材料的功率半导体器件技术，具有高温、高压、高频等优异的特性，逐渐成为下一代功率电子器件的研究热点之一。
[0003]长期以来，碳化硅一直被认为具有独特的特性，这使得它具有比其他常用半导体材料如硅(Si)、砷化镓(GaAs)和磷化铟(InP)形成的半导体器件更优越的特性。碳化硅具有宽的带隙、高的熔点、低的介电常数、高的击穿场强、高的导热系数和高的饱和电子漂移速度。这些特性使碳化硅制成的器件有可能在更高的温度、更高工作频率及更高的功率级别以及其他一些由其他半导体材料制成的器件无法工作的情况下工作。碳化硅是一种颠覆性的技术，随着新能源汽车、光伏储能领域的发展，它正在取代硅基技术的地位，开始受到市场的广泛关注。不同厂商的SIC MOSFET的工艺及结构不断的在进步，产品性能也在不断的提高。
[0004]SiC MOSFET的器件结构主要包括：沟道区、源极区和漏极区和栅极区。沟道区由p型SiC构成，源极区为n+型SiC构成，漏极区有n+掺杂sic衬底和金属接触层构成，栅极区是金属或者多晶硅（Poly）构成，其工作原理是通过改变栅极电压，控制沟道区的导电特性，从而控制漏极区的电流。
[0005]一种垂直沟道的SiC MOSFET具有低导通电阻和高温范围，形成于碳化硅衬底的正面，在N+衬底上方形成N<br/>‑
漂移层，然后是P
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沟道层。沟槽栅极穿透P
‑
沟道层，并且形成N +源极区。金属源电极和漏电极分别位于管芯的顶部和底部。这种沟槽架构有时称为UMOS（U形栅极），以区别于平面DMOS（VDMOS）设计。
[0006]自2010年以来，碳化硅功率MOSFET市场显著扩大，随着SiC在汽车、光伏、铁路等多个市场取代硅技术，许多新的参与者已经进入市场，有望实现两位数的复合年增长率。通常，SiC功率MOSFET的工作电压为1200或1700V，旨在某些领域取代IGBT技术。
[0007]近年来，SiC MOSFET技术不断发展，主要体现在以下几个方面：1.提高器件性能：通过优化SiC MOSFET的工艺流程和器件的pitch（元胞）结构，如沟槽结构、超结结构等，实现了SiC MOSFET的低漏电流、高开关速度、低导通电阻和低开关损耗等性能的提升。
[0008]2.封装技术的改进：封装技术是影响SiC MOSFET性能和可靠性的重要因素之一。现在，常用的SiC MOSFET封装技术有TO
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220、TO
‑
247、D2PAK等，而最新的封装技术则采用SiC基底、无银焊料、烧结等高端技术，可以有效提高器件工作结温和散热性能。
[0009]3.应用拓展：SiC MOSFET技术在电动汽车、太阳能逆变器、风能逆变器、高速列车、电网电力传输等领域得到了广泛应用。随着技术不断发展，SiC MOSFET将在更多的应用场景中得到应用。
[0010]比导通电阻值(Ron,sp)是评价单极型功率器件性能的重要指标，其物理意义为器件导通电阻乘以芯片有源区(有效导通区域)面积，数值越小表示技术水平越高，即相同导通电阻值产品所需的芯片面积越小。
[0011]如图1所示，是第一代及第二代的SiC MOSFET的剖面结构示意图，均为平面栅结构，二代的SiC MOSFET的元胞中P
‑
WELL区和JFET区尺寸进一步缩小，整个器件元胞结构进一步缩小，比导通电阻值Ron,sp能达到33%的降低。另外，还有一种分离栅结构的SiC MOSFET元胞结构，也具有较小的元胞尺寸。
[0012]在保证器件性能的情况下，降低器件元胞尺寸是业界努力发展的方向

技术实现思路

[0013]本专利技术所要解决的技术问题在于提供一种基于SiC 衬底的MOSFET的元胞结构，其设计结构紧凑，减小芯片面积，降低成本及工艺方法。
[0014]本专利技术还要解决的技术问题在于提供制作所述SiC MOSFET的结构的工艺方法。
[0015]为解决上述问题，本专利技术所述的一种MOSFET的结构，其元胞包含：所述的MOSFET形成于一半导体衬底上的外延层中，在所述的外延层中包含有一沟槽；所述的沟槽内壁附着一层牺牲氧化层，且沟槽内以第二氧化硅填充满；所述沟槽的两侧具有P阱，所述P阱中包含有所述MOSFET的源区以及将所述P阱引出的重掺杂P型区；所述外延层表面具有一层第一氧化硅，所述沟槽上方的第一氧化硅上为所述MOSFET的栅极，所述栅极向两侧延伸至所述源区的上方；所述沟槽累的第二氧化硅与所述外延层表面的第一氧化硅连为一体；所述的外延层整体表面覆盖一层层间介质，将器件表面包括栅极全部覆盖；接触孔连接到所述的源区及重掺杂P型区以引出各电极。
[0016]进一步地，所述的半导体衬底为碳化硅衬底；所述的外延层掺杂浓度为8E15CM
‑3。
[0017]进一步地，所述的沟槽位于栅极下方，其深度为0.5～1.5um；所述的沟槽内填充的第二氧化硅在栅极下方能降低器件的栅漏电容Cgd，缩小器件的元胞尺寸。
[0018]上述MOSFET采用如下的工艺来制造：提供一半导体衬底，所述半导体衬底包括第一表面以及与所述第一表面相对的第二表面；所述半导体衬底的第一表面上还覆盖一层外延层；在所述外延层表面形成一层第一氧化硅，再形成一层硬掩模层；进行光刻及刻蚀工艺，打开硬掩模层的刻蚀窗口；以硬掩模层打开的窗口对所述半导体衬底进行刻蚀，形成一个沟槽；去除硬掩模层，在所述沟槽中生长一层牺牲氧化层，再对沟槽进行第二氧化硅填充，填充满后去除多余的第二氧化硅，使沟槽内的填充的第二氧化硅的上表面与所述外延层表面保持平齐；分别进行离子注入形成沟道区、P阱；通过自对准注入形成在所述外延层中形成所述MOSFET器件的源区；在P阱中进行离子注入形成重掺杂的P阱引出区；注入完成后进行高温热退火；
淀积栅介质层及多晶硅栅极，刻蚀形成栅极结构；淀积层间介质并进行接触孔刻蚀，形成所述栅极的接触引出；在所述的半导体衬底的第一表面形成的钝化层；进行第二表面的减薄工艺，即背面减薄工艺；然后在所述的第二表面淀积一层金属，形成所述MOSFET的漏极。
[0019]进一步地，所述的半导体衬底为碳化硅衬底，其电阻率为0.01～0.02Ω/CM。
[0020]进一步地，所述的外延层的掺杂浓度为8E15～1.1E16CM
‑3。
[0021]进一步地，所述的第一氧化硅的厚度为200
Å
。
[0022]进一步地，所述的硬掩模层为氧化硅层，或者是多晶硅层，或者是氧化硅层和多晶硅层叠加的复合层。
[0023]进一步地，所述的硬掩模层打开的刻蚀窗口，其尺寸为0.2～1um。
[0024]进一步地，所述的刻蚀本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种MOSFET的工艺方法，其特征在于：包含：提供一半导体衬底，所述半导体衬底包括第一表面以及与所述第一表面相对的第二表面；所述半导体衬底的第一表面上还覆盖一层外延层；在所述外延层表面形成一层第一氧化硅，再形成一层硬掩模层；进行光刻及刻蚀工艺，打开硬掩模层的刻蚀窗口；以硬掩模层打开的窗口对所述半导体衬底进行刻蚀，形成一个沟槽；去除硬掩模层，在所述沟槽中生长一层牺牲氧化层，再对沟槽进行第二氧化硅填充，填充满后去除多余的第二氧化硅，使沟槽内的填充的第二氧化硅的上表面与所述外延层表面保持平齐；分别进行离子注入形成沟道区、P阱；通过自对准注入形成在所述外延层中形成所述MOSFET器件的源区；在P阱中进行离子注入形成重掺杂的P阱引出区；注入完成后进行高温热退火；淀积栅介质层及多晶硅栅极，刻蚀形成栅极结构；淀积层间介质并进行接触孔刻蚀，形成所述栅极的接触引出；在所述的半导体衬底的第一表面形成的钝化层；进行第二表面的减薄工艺，即背面减薄工艺；然后在所述的第二表面淀积一层金属，形成所述MOSFET的漏极。2.如权利要求1所述的MOSFET的工艺方法，其特征在于：所述的半导体衬底为碳化硅衬底，其电阻率为0.01～0.02Ω/CM。3.如权利要求1所述的MOSFET的工艺方法，其特征在于：所述的外延层的厚度及电阻率根据器件的耐压要求来调整，耐压要求越高，则其外延层厚度越大。4.如权利要求1所述的MOSFET的工艺方法，其特征在于：所述的第一氧化硅的厚度为200
Å
。5.如权利要求1所述的MOSFET的工艺方法，其特征在于：所述的硬掩模层为氧化硅层，或者是多晶硅层，或者是氧化硅层和多晶硅层叠加的复合层。6.如权...

【专利技术属性】
技术研发人员：李东升，马彪，高伟，
申请(专利权)人：上海澜芯半导体有限公司，
类型：发明
国别省市：