本发明专利技术公开了混合沟道碳化硅槽栅MOSFET器件及其制造方法，该碳化硅槽栅MOSFET器件包括沟槽一、沟槽二，衬底、外延层、第一源区和第二源区，第一阱区、第二阱区。于沟槽一和沟槽二中形成栅极电极，在不增加元胞尺寸的前提下，于元胞中集成第一导电沟道和第二导电沟道，有效提升了器件的电流密度。同时，第二阱区的引入既保护了栅介质、提升了器件可靠性，又明显减小了器件的栅漏电容、改善了器件的开关特性。本发明专利技术同时公开了所述器件结构的制造方法。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于半导体器件，具体涉及混合沟道碳化硅槽栅mosfet器件及其制造方法。
技术介绍
1、电力电子系统的发展对功率半导体器件在高温、高频、抗辐照、高压等方面的性能提出了更高的要求。相比硅材料，碳化硅（sic）材料因其更高的热导率、更大的禁带宽度、更高的临界击穿电场强度等优点，成为制作能够适应极端环境的大功率器件的最重要半导体材料之一。
2、因其栅极驱动简单、开关速度快等优点，sic金属氧化物半导体场效应晶体管（mosfet）得到了广泛关注。平面栅型sic mosfet器件沟道迁移率低、元胞中存在寄生结型场效应晶体管（jfet）结构的特点导致器件的导通电阻较大。而沟槽栅型sic mosfet器件通过在沟槽侧壁形成沟道，既提高了沟道迁移率，又消除了jfet效应，大幅降低了器件导通电阻，同时缩小了元胞尺寸，增大了功率密度。
3、然而沟槽栅型sic mosfet器件在实际制作和应用中存在以下两个问题：其一，高压下沟槽底角的电场集聚效应会影响栅介质的可靠性，导致器件提前击穿。其二，由于具备更小的元胞尺寸，传统的沟槽型sic mosfet器件的栅漏电容较大，使其开关特性出现退化。
技术实现思路
1、技术目的：针对上述沟槽栅型sic mosfet器件的不足，本专利技术提供混合沟道碳化硅槽栅mosfet器件及其制造方法。本专利技术的目的是在不增加元胞尺寸的前提下，有效提升器件的电流密度，在增强对栅介质的保护效果的同时，有效降低器件的栅漏电容、改善开关特性。
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p>2、技术方案：为实现上述技术目的，本专利技术采用以下技术方案。3、混合沟道碳化硅槽栅mosfet器件，包括，
4、漏极电极；在漏极电极之上设有衬底；在衬底之上设有外延层；
5、在外延层之中设置第二阱区；在第二阱区之中设有第二源区；
6、在第二源区和第二阱区之上设有沟槽二；沟槽二之上设有与沟槽二相连通的沟槽一；
7、在外延层之中设有第一阱区；在第一阱区之中设有第一源区；
8、在沟槽一、沟槽二之中设有栅介质层；栅介质层之中设有栅极电极；栅极电极之上设有隔离介质层，隔离介质层完全覆盖栅极电极；
9、在外延层之上、隔离介质层两侧及之上设有源极电极。
10、混合沟道碳化硅槽栅mosfet器件的制造方法，包括以下步骤：
11、步骤1.在衬底上外延生长形成外延层；
12、步骤2.在外延层中形成第一阱区和第一源区；
13、步骤3.对外延层进行刻蚀，形成沟槽一；
14、步骤4.对沟槽一底部进行刻蚀，形成与沟槽一相连通的沟槽二；
15、步骤5.在沟槽二底部形成第二源区和第二阱区；
16、步骤6.在沟槽一、沟槽二的侧壁及沟槽二的底部形成栅介质层；
17、步骤7.在栅介质层之间形成栅极电极；
18、步骤8.在外延层表面形成完全覆盖栅极电极的隔离介质层；
19、步骤9.在外延层表面淀积金属层，形成源极欧姆接触，在衬底的底层淀积金属层，形成漏极欧姆接触，在源极欧姆接触层表面形成源极电极，在漏极欧姆接触表面形成漏极电极。
20、作为混合沟道碳化硅槽栅mosfet器件的进一步优化方案，器件采用的半导体材料可以是3c-sic、4h-sic或6h-sic。
21、作为混合沟道碳化硅槽栅mosfet器件的进一步优化方案，第一导电类型为n型或p型，所述第二导电类型为p型或n型。
22、作为混合沟道碳化硅槽栅mosfet器件的进一步优化方案，外延层的掺杂浓度为1e15cm-3~ 1e17cm-3。
23、作为混合沟道碳化硅槽栅mosfet器件的进一步优化方案，栅极电极材料可以是金属或掺杂多晶硅。
24、作为混合沟道碳化硅槽栅mosfet器件的进一步优化方案，元胞排列方式可以是条形、六角形、方形或原子晶格形。
25、作为混合沟道碳化硅槽栅mosfet器件的进一步优化方案，第二源区和第二阱区在垂直于纸面方向可以是连续或间隔分布。
26、作为混合沟道碳化硅槽栅mosfet器件的进一步优化方案，第二源区的深度范围为0.1µm ~ 0.7µm，宽度范围为0.3µm ~ 3.5µm，掺杂浓度1e18cm-3~ 1e20cm-3。
27、作为混合沟道碳化硅槽栅mosfet器件的进一步优化方案，第二阱区的深度范围为0.3µm ~ 2.5µm，第二阱区的深度大于第二源区的深度，且二者之差不小于0.1µm，第二阱区的掺杂浓度为5e16cm-3~ 1e18cm-3。
28、作为混合沟道碳化硅槽栅mosfet器件的进一步优化方案，第二阱区的宽度范围为1.5µm ~ 5.0µm，第二阱区的宽度大于第二源区的宽度，且二者之差不小于0.8µm。
29、作为混合沟道碳化硅槽栅mosfet器件的进一步优化方案，沟槽一深度范围为0.5µm ~ 3.0µm，宽度范围为0.5µm ~ 2.5µm，沟槽一深度大于第一阱区深度，二者之差不小于0.1µm。
30、作为混合沟道碳化硅槽栅mosfet器件的进一步优化方案，沟槽二深度范围为0.1µm ~ 1.5µm，宽度范围为1.5µm ~ 5.0µm，沟槽二宽度大于沟槽一宽度，二者之差不小于0.2µm。
31、作为混合沟道碳化硅槽栅mosfet器件的进一步优化方案，所述隔离介质层可以是二氧化硅或者氮化物或者二氧化硅和氮化物的复合物。
32、有益效果：本专利技术采用上述技术方案，具有如下有益效果：
33、（1）本专利技术提出的混合沟道碳化硅槽栅mosfet器件，在沟槽一和沟槽二中形成栅极电极，在沟槽二底部形成第二源区和第二阱区。栅极电极同时控制位于沟槽一两侧侧壁的第一导电沟道和位于沟槽二底部的第二导电沟道。
34、（2）本专利技术提出的混合沟道碳化硅槽栅mosfet器件，通过形成与沟槽一相连通的沟槽二，在不增加元胞尺寸的前提下，于元胞中集成第一导电沟道和第二导电沟道，有效增大了器件电流密度，更充分地利用了芯片面积。
35、（3）本专利技术提出的混合沟道碳化硅槽栅mosfet器件，通过引入第二阱区，实现了对栅介质层的有效保护，提升了器件可靠性。同时，第二阱区大幅减小了栅漏交叠面积，有效降低了器件栅电容，进而明显提升了器件的开关特性。
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【技术保护点】
1.混合沟道碳化硅槽栅MOSFET器件，其特征在于，包括，
2.根据权利要求1所述的混合沟道碳化硅槽栅MOSFET器件，其特征在于，所述沟槽二宽度大于沟槽一宽度，二者之差不小于0.5µm。
3.根据权利要求1所述的混合沟道碳化硅槽栅MOSFET器件，其特征在于，所述栅极电极呈倒T型，同时控制位于沟槽一两侧侧壁的第一导电沟道和位于沟槽二底部的第二导电沟道。
4.根据权利要求1所述的混合沟道碳化硅槽栅MOSFET器件，其特征在于，第二阱区的宽度大于第二源区的宽度，二者之差的一半等于第二导电沟道的长度，二者之差不小于0.8µm。
5.根据权利要求1所述的混合沟道碳化硅槽栅MOSFET器件，其特征在于，所述第二阱区与第二源区与源极电极短接。
6.根据权利要求1所述的混合沟道碳化硅槽栅MOSFET器件，其特征在于，还包括电流扩展层，所述电流扩展层位于第一阱区下方。
7.根据权利要求1所述的混合沟道碳化硅槽栅MOSFET器件，其特征在于，还包括第二导电类型屏蔽区，所述第二导电类型屏蔽区贯穿第一阱区和第一源区。
>8.根据权利要求1-7任一所述的混合沟道碳化硅槽栅MOSFET器件的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：9.根据权利要求8所述混合沟道碳化硅槽栅MOSFET器件的制造方法，其特征在于，步骤4可采用各向同性刻蚀工艺，采用的刻蚀气体是SF6、HBr、Cl2、O2气体中的一种或多种组合。
10.根据权利要求8所述混合沟道碳化硅槽栅MOSFET器件的制造方法，其特征在于，步骤5可采用离子注入或二次外延工艺形成第二源区和第二阱区。
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【技术特征摘要】
1.混合沟道碳化硅槽栅mosfet器件，其特征在于，包括，
2.根据权利要求1所述的混合沟道碳化硅槽栅mosfet器件，其特征在于，所述沟槽二宽度大于沟槽一宽度，二者之差不小于0.5µm。
3.根据权利要求1所述的混合沟道碳化硅槽栅mosfet器件，其特征在于，所述栅极电极呈倒t型，同时控制位于沟槽一两侧侧壁的第一导电沟道和位于沟槽二底部的第二导电沟道。
4.根据权利要求1所述的混合沟道碳化硅槽栅mosfet器件，其特征在于，第二阱区的宽度大于第二源区的宽度，二者之差的一半等于第二导电沟道的长度，二者之差不小于0.8µm。
5.根据权利要求1所述的混合沟道碳化硅槽栅mosfet器件，其特征在于，所述第二阱区与第二源区与源极电极短接。
6.根据权利要求1所述...
【专利技术属性】
技术研发人员：张跃，柏松，宋晓峰，李士颜，黄润华，杨勇，应贤炜，
申请(专利权)人：南京第三代半导体技术创新中心有限公司，
类型：发明
国别省市：
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