【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及半导体领域，具体地涉及一种碳化硅mosfet器件、一种碳化硅mosfet器件的制造方法以及一种功率芯片。
技术介绍
1、平面栅功率金属-氧化物-半导体场效应晶体管（metal-oxide-semiconductorfield-effect transistor，简称mosfet）具有易于驱动、开关速度快、损耗低等优势，是当前碳化硅（sic）功率mosfet器件的主流类型。但是，传统的mosfet器件只有单一的漂移区纵向耐压层以及单一的屏蔽保护结构层，导通和耐压折中设计较为困难，通常是低阻的器件不能同时耐高压，且器件内容电场分布不均，容易形成芯片表面电场局部集中的问题，在器件关断瞬间内部载流子瞬时产生过冲电流，对电路的安全性造成一定威胁，极大限制了sicmosfet器件的规模化应用。因此，需要设计一种全新sic mosfet器件结构及制造方法，提高器件击穿电压同时降低导通电阻，并提升器件的动态可靠性。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供一种碳化硅mosfet器件及制造方法，以提高器件击穿电压同时降低导通电阻，提升器件的动态可靠性。
2、为了实现上述目的，本专利技术一方面提供一种碳化硅mosfet器件，包括：碳化硅衬底、形成于碳化硅衬底的第一导电类型外延层和第二导电类型保护层、栅极、源极以及漏极；第二导电类型保护层包括第一保护层和第二保护层，第一保护层包括纵向延伸区和横向延伸区，第一保护层的纵向延伸区与源极相接，第一保护层的横向延伸区横向延伸至第一导电类
3、本专利技术实施例中，所述第一导电类型外延层包括第一外延层和第二外延层，第一保护层的横向延伸区横向延伸至第一外延层，第一保护层的纵向延伸区纵向延伸至第二外延层。
4、本专利技术实施例中，所述源极包括源区以及源极接触电极，第二外延层通过沟道区与源区连通。
5、本专利技术实施例中，所述栅极包括栅氧化层、栅极接触电极以及钝化层，所述栅氧化层形成于第二外延层、沟道区以及源区的表面，所述栅极接触电极形成于栅氧化层的表面，所述钝化层形成于栅极接触电极的表面并包覆所述栅极接触电极。
6、本专利技术实施例中，所述漏极包括漏极接触电极，所述漏极接触电极形成于碳化硅衬底的背面。
7、本专利技术实施例中，所述第一导电类型外延层包括从下至上的第一外延层、第二外延层以及第三外延层，第一保护层的横向延伸区横向延伸至第一外延层，第一保护层的纵向延伸区纵向延伸至第二外延层和第三外延层，第二保护层位于第一外延层与第二外延层之间或第二外延层与第三外延层之间。
8、本专利技术实施例中，所述第一保护层的纵向延伸区和横向延伸区呈l型或镜像的l型。
9、本专利技术实施例中，所述第一导电类型为n型，所述第二导电类型为p型；或者，所述第一导电类型为p型，所述第二导电类型为n型。
10、本专利技术另一方面提供一种碳化硅mosfet器件的制造方法，包括：
11、在碳化硅衬底表面生长第一导电类型的第一外延层；
12、在第一外延层的第一预设区域进行第二导电类型离子注入，形成第一保护层的横向延伸区；
13、在碳化硅衬底表面进行二次外延，形成第一导电类型的第二外延层；
14、在第二外延层的第二预设区域进行离子注入，形成第二保护层、沟道区以及源区；
15、在第二外延层的第三预设区域进行深度的离子注入，形成第一保护层的纵向延伸区；
16、形成栅极、源极以及漏极。
17、本专利技术实施例中，所述在碳化硅衬底表面生长第一导电类型的第一外延层，包括：对碳化硅衬底进行标准清洗，除去表面的污染物；采用化学气相沉积方法或分子束外延方法，在碳化硅衬底表面生长n型第一外延层。
18、本专利技术实施例中，所述在第一外延层的第一预设区域进行第二导电类型离子注入，形成第一保护层的横向延伸区，包括：利用化学气相沉积方法在第一外延层表面生长掩膜层，通过光刻以及电子束曝光对掩膜层进行表面图形化，以确定离子注入的第一预设区域，在第一预设区域进行p型离子注入，形成p型第一保护层的横向延伸区。
19、本专利技术实施例中，在第二外延层的第二预设区域进行离子注入，形成第二导电类型的第二保护层、第二导电类型的沟道区以及源区，包括：利用化学气相沉积方法在第二外延层表面生长掩膜层，通过光刻以及电子束曝光对掩膜层进行表面图形化，以确定离子注入的第二预设区域；在第二预设区域进行多次离子注入，形成n+源区、p型第二保护层以及p型沟道区。
20、本专利技术实施例中，所述在第二外延层的第三预设区域进行深度的离子注入，形成第一保护层的纵向延伸区，包括：利用化学气相沉积方法在第二外延层生长掩膜层，通过光刻以及电子束曝光对掩膜层进行表面图形化，以确定离子注入的第二预设区域；在第三预设区域进行深度的离子注入，形成p型第一保护层的纵向延伸区，使p型第一保护层的纵向延伸区与p型第一保护层的横向延伸区相接，以形成l型结构的第一保护层。
21、本专利技术实施例中，所述形成栅极、源极以及漏极，包括：
22、利用干氧氧化方法或低压气相沉积方法生长栅氧化层，利用化学气相沉积方法或磁控溅射方法，在栅氧化层表面沉积多晶硅形成栅极；
23、利用化学气相沉积方法或物理气相沉积方法，在栅极表面生长钝化层，使钝化层覆盖栅极和栅氧化层，利用光刻和刻蚀方法将源区窗口处的钝化层去除，形成源区接触孔，利用电子束蒸发方法或磁控溅射方法沉积源电极金属，形成源极接触电极；
24、利用电子束蒸发方法或者磁控溅射方法，在碳化硅衬底的背面进行金属蒸镀，利用快速热退火或激光退火使碳化硅衬底与蒸镀的金属形成欧姆接触，以形成漏极接触电极。
25、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mosfet器件。
26、通过上述技术方案，第一保护层和第二保护层能够使外延层内部的区域在二维方向（横向和纵向）完全耗尽，从而在阻断时具有较强的耗尽层展宽效应，大大提升器件的阻断效率和漂移区的利用效率，在提升器件耐压能力的同时能够保证器件的导通能力。
27、本专利技术采用纵向延伸区和横向延伸区的第一保护层，在第一保护层和第二保护层的双重保护作用下，使器件下层区域分担电压，从而降低器件上半层的电压，使得峰值电场远离栅氧化层，能够有效防止栅氧电场集中和热电击穿。同时，纵向延伸区和横向延伸区的第一保护层构成“l”型屏蔽层，可以使外延层内的电场分布更加均匀，降低高电场集中的可能，避免碰撞电离的集中，进一步增强器件的耐压能力。
28、本专利技术技术方案的其它特征和优点将在下文的具体实施方式部分予以详细说明。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种碳化硅MOSFET器件，其特征在于，包括：碳化硅衬底、形成于碳化硅衬底的第一导电类型外延层和第二导电类型保护层、栅极、源极以及漏极；
2.根据权利要求1所述的碳化硅MOSFET器件，其特征在于，所述第一导电类型外延层包括第一外延层和第二外延层，第一保护层的横向延伸区横向延伸至第一外延层，第一保护层的纵向延伸区纵向延伸至第二外延层。
3.根据权利要求2所述的碳化硅MOSFET器件，其特征在于，所述源极包括源区以及源极接触电极，所述第二外延层通过沟道区与所述源区连通。
4.根据权利要求3所述的碳化硅MOSFET器件，其特征在于，所述栅极包括栅氧化层、栅极接触电极以及钝化层，所述栅氧化层形成于第二外延层、沟道区以及源区的表面，所述栅极接触电极形成于栅氧化层的表面，所述钝化层形成于栅极接触电极的表面并包覆所述栅极接触电极。
5.根据权利要求1所述的碳化硅MOSFET器件，其特征在于，所述漏极包括漏极接触电极，所述漏极接触电极形成于碳化硅衬底的背面。
6.根据权利要求1所述的碳化硅MOSFET器件，其特征在于，所述第一导电
7.根据权利要求1所述的碳化硅MOSFET器件，其特征在于，所述第一保护层的纵向延伸区和横向延伸区呈L型或镜像的L型。
8.根据权利要求1所述的碳化硅MOSFET器件，其特征在于，所述第一导电类型为N型，所述第二导电类型为P型；或者，所述第一导电类型为P型，所述第二导电类型为N型。
9.一种碳化硅MOSFET器件的制造方法，其特征在于，包括：
10.根据权利要求9所述的碳化硅MOSFET器件的制造方法，其特征在于，所述在碳化硅衬底表面生长第一导电类型的第一外延层，包括：
11.根据权利要求9所述的碳化硅MOSFET器件的制造方法，其特征在于，所述在所述第一外延层的第一预设区域进行第二导电类型离子注入，形成第一保护层的横向延伸区，包括：
12.根据权利要求9所述的碳化硅MOSFET器件的制造方法，其特征在于，在所述第二外延层的第二预设区域进行离子注入，形成第二保护层、沟道区以及源区，包括：
13.根据权利要求11所述的碳化硅MOSFET器件的制造方法，其特征在于，所述在所述第二外延层的第三预设区域进行深度的离子注入，形成第一保护层的纵向延伸区，包括：
14.根据权利要求9所述的碳化硅MOSFET器件的制造方法，其特征在于，所述形成栅极、源极以及漏极，包括：
15.一种功率芯片，其特征在于，所述功率芯片包括权利要求1至权利要求8任一项所述的碳化硅MOSFET器件。
...【技术特征摘要】
1.一种碳化硅mosfet器件，其特征在于，包括：碳化硅衬底、形成于碳化硅衬底的第一导电类型外延层和第二导电类型保护层、栅极、源极以及漏极；
2.根据权利要求1所述的碳化硅mosfet器件，其特征在于，所述第一导电类型外延层包括第一外延层和第二外延层，第一保护层的横向延伸区横向延伸至第一外延层，第一保护层的纵向延伸区纵向延伸至第二外延层。
3.根据权利要求2所述的碳化硅mosfet器件，其特征在于，所述源极包括源区以及源极接触电极，所述第二外延层通过沟道区与所述源区连通。
4.根据权利要求3所述的碳化硅mosfet器件，其特征在于，所述栅极包括栅氧化层、栅极接触电极以及钝化层，所述栅氧化层形成于第二外延层、沟道区以及源区的表面，所述栅极接触电极形成于栅氧化层的表面，所述钝化层形成于栅极接触电极的表面并包覆所述栅极接触电极。
5.根据权利要求1所述的碳化硅mosfet器件，其特征在于，所述漏极包括漏极接触电极，所述漏极接触电极形成于碳化硅衬底的背面。
6.根据权利要求1所述的碳化硅mosfet器件，其特征在于，所述第一导电类型外延层包括从下至上的第一外延层、第二外延层以及第三外延层，第一保护层的横向延伸区横向延伸至第一外延层，第一保护层的纵向延伸区纵向延伸至第二外延层和第三外延层，第二保护层位于第一外延层与第二外延层之间或第二外延层与第三外延层之间。
7.根据权利要求1...
【专利技术属性】
技术研发人员：付振，陈燕宁，张泉，尹强，杨毓龙，张文敏，申占伟，岳世忠，朱晓钢，要文波，刘型志，
申请(专利权)人：北京智芯微电子科技有限公司，
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。