碳化硅功率MOS场效应晶体管及制造方法技术

一种碳化硅金属－氧化物半导体场效应晶体管单元，包括：　　　　ｎ型碳化硅漂移层；　　　　与该漂移层相邻的第一ｐ型碳化硅区；　　　　第一ｐ型碳化硅区中的第一ｎ型碳化硅区；　　　　漂移层、第一ｐ型碳化硅区、和第一ｎ型碳化硅区上的氧化物层；以及　　　　位于漂移层和第一ｐ型碳化硅区的一部分之间的ｎ型碳化硅限制区，其中ｎ型限制区的载流子浓度比漂移层的载流子浓度高。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及半导体器件和半导体器件的制造方法，尤其涉及，碳化硅(SiC)金属-氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)和该MOSFET的制造方法。
技术介绍
为获得大电流、高电压和低开态电阻，到目前为止，至少是部分地因为反型层中低的电子表面迁移率，垂直SiC功率MOSFET是不实际的。近来，一些工艺技术在横向MOSFET结构中得到发展，得到改善的表面电子迁移率。然而，功率MOSFET结构中可能涉及额外的工艺，包括，例如，在高于1500℃条件下退火，以激活P型掺杂剂，例如，P型阱/p+接触/p结终端延伸((Junction Termination Extension)JTE)注入剂。这些退火对使用这些技术制备的功率MOSFET的性能产生毁坏性的影响。文献中描述了大量的碳化硅功率MOSFET结构，见，例如，美国专利No.5,506,421；A.K.Agarwal，J.B.Casady，L.B.Rowland，W.F.Valek，M.H.White和C.D.Brandt，在1997年12月的IEEEElectron Device Letters，Vol.18，No.12，586-588页发表的“1.1 kV 4H-SiC Power UMOSFET′s(1.1kV 4H-SiC功率UMOSFET’s)”；A.K.Agarwal，J.B.Casady，L.B.Rowland，W.F.Valek，和C.D.Brandt在1998年Materials Science Forum第264-268卷，989-992页发表的“1400V 4H-SiC Power MOSFETs(1400V 4H-SiC功率MOSFET)”；J.Tan，J.A.Cooper.Jr.和M.R.Melloch在1998年12月的IEEE Electron Device Letters，Vol.19，No.12，487-489页发表的“High-Voltage Accumulation-Layer UMOSFETs in 4H-SiC(4H-SiC中的高压积累层UMOSFETs)”；J.N.Shenoy，J.A.Cooper和M.R.Melloch在1997年3月的IEEE Electron Device Letters，Vol.18，No.3，93-95页发表的“High-Voltage Double-Implanted PowerMOSFET’s in 6H-SiC(6H-SiC中的高压双注入功率MOSFET)”；J.B.Casady，A.K.Agarwal，L.B.Rowland，W.F.Valek和C.D.Brandt在1997年6月23-25日于科罗拉多州Fr.Collins召开的IEEE DeviceResearch Conferernce上发表的“900V DMOS and 1100V UMOS 4H-SiCPower FETs (900V DMOS和1100V UMOS 4H-SiC功率FET)”；R.Schrner，P.Friedrichs，D.Peters，H.Mitlehner，B.Weis和D.Stephani的“Rugged Power MOSFETs in 6H-SiC with BlockingCapability up to 1800V(具有高达1800V的锁存能力的6H-SiC中大功率MOSFET)”(Materials Science Forum Vols.338-342，pp.1295-1298，2000)；V.R.Vathulya和M.H.White的“Characterization of Channel Mobility on Implanted SiC todetermine Polytype suitability for the Power DIMOSstructure(注入SiC的沟道迁移率表征以决定功率DIMOS结构的多型适用性)”(Electronic Materials Conference，Santa Barbara，CA，June 30-July 2，1999)；A.V.Suvorov，L.A.Lipkin，G.M.Johnson，R.Singh，J.W.Palmour的“4H-SiC Self-Aligned Implant-DiffusedStructure for Power DMOSFETs(4H-SiC功率DMOSFET的自对准注入扩散结构)(Materials Science Forum Vols.338-342，pp.1275-1278，2000)”；P.M.Shenoy和B.J.Baliga的“The Planar 6H-SiCACCUFETA New High-Voltage Power MOSFET Structure(平面6H-SiC ACCUFET一种新的高压功率MOSFET结构)”(EEE Electron DeviceLetters，Vol. 18，No.12，pp.589-591，December 1997)；Ranbir Singh，Sei-Hyung Ryu和John W.Palmour的“High Temperature，HighCurrent，4H-SiC Accu-DMOSFET(高温、大电流4H-SiC Accu-DMOSFET)”(Materials Science Forum Vols.338-342，pp.1271-1274，2000)；Y.Wang，C.Weitzel和M.Bhatnagar的“Accumulation-Mode SiC Power MOSFET Design Issues(积累模式SiC功率MOSFET设计问题)”(Materials Science Forum Vols.338-342，pp.1287-1290，2000)；和A.K.Agarwal，N.S.Saks，S.S.Mani，V.S.Hegde和P.A.Sanger的“Investigation of LateralRESURF，6H-SiC MOSFETs(横向RESURF，6H-SiC MOSFET的研究)”(Materials Science Forum Vols.338-342，pp.1307-1310，2000)。现存的SiC结构一般分成三类(1)沟槽或UMOSFET、(2)垂直双重注入MOSFET(DIMOSFET)和(3)横向扩散MOSFET(LDMOSFET)。这些结构中，垂直DIMOSFET结构，如图1中描述的，是硅工艺中扩散(DMOSFET)结构的变型。典型地，p型阱中注入铝或硼，源区(n+)注入氮或磷，p+区一般注入Al。在1400℃-1700℃温度下激活掺杂剂。与n+层的接触用镍(Ni)制备并被退火，与p+的接触由Ni、Ti或Ti/Al制备。两个接触都在高温下退火。栅电介质典型地是，热生长的(热SiO2)或使用低压化学气相淀积技术(LPCVD)淀积的并随后在各种环境下退火。淀积的电介质可以，是例如SiO2或是氧化物/氮化物/氧化物(ONO)叠层。接近导带边的界面态趋于从反型层俘获电子(未被俘获时是自由电子)本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种碳化硅金属-氧化物半导体场效应晶体管单元，包括n型碳化硅漂移层；与该漂移层相邻的第一p型碳化硅区；第一p型碳化硅区中的第一n型碳化硅区；漂移层、第一p型碳化硅区、和第一n型碳化硅区上的氧化物层，；以及位于漂移层和第一p型碳化硅区的一部分之间的n型碳化硅限制区，其中n型限制区的载流子浓度比漂移层的载流子浓度高。2.根据权利要求1的碳化硅金属-氧化物半导体场效应晶体管单元，其中，所述第一p型碳化硅区的部分与第一p型碳化硅区的底面相邻。3.根据权利要求1的碳化硅金属-氧化物半导体场效应晶体管单元，其中，n型限制区毗邻第一p型碳化硅区的侧壁。4.根据权利要求1的碳化硅金属-氧化物半导体场效应晶体管单元，其中，n型限制区包括毗邻第一p型碳化硅区底面放置的第一部分，和毗邻第一p型碳化硅区侧壁放置的第二部分，其中，第一部分的载流子浓度比第二部分的载流子浓度高。5.根据权利要求1的碳化硅金属-氧化物半导体场效应晶体管单元，其中，第一p型碳化硅区注入铝。6.根据权利要求1的碳化硅金属-氧化物半导体场效应晶体管单元，进一步包括氧化物层上的栅接触；第一n型碳化硅区上的源接触；和与氧化物层相对的漂移层上的漏接触。7.根据权利要求1的碳化硅金属-氧化物半导体场效应晶体管单元，其中，n型限制区包括n型碳化硅漂移层上的碳化硅外延层。8.根据权利要求7的碳化硅金属-氧化物半导体场效应晶体管单元，其中第一p型区置于碳化硅外延层中，但不穿透该外延层。9.根据权利要求1的碳化硅金属-氧化物半导体场效应晶体管单元，其中，n型限制区的厚度为约0.5μm到约1.5μm，且载流子浓度为约1×1015到约5×1017cm-3。10.根据权利要求6的碳化硅金属-氧化物半导体场效应晶体管单元，其中，栅接触包括多晶硅或金属。11.根据权利要求1的碳化硅金属-氧化物半导体场效应晶体管单元，进一步包括第一p型碳化硅区和第一n型区域一部分上的n型外延层，并且该n型外延层位于第一n型碳化硅区和第一p型碳化硅区以及氧化物层之间。12.根据权利要求1的碳化硅金属-氧化物半导体场效应晶体管单元，其中，n型限制区包括漂移层中的注入n型区。13.根据权利要求6的碳化硅金属-氧化物半导体场效应晶体管单元，进一步包括位于漂移层和漏接触之间的n型碳化硅衬底。14.根据权利要求1的碳化硅金属-氧化物半导体场效应晶体管单元，进一步包括位于第一p型碳化硅区内并毗邻第一n型碳化硅区的第二p型碳化硅区。15.一种碳化硅金属-氧化物半导体场效应晶体管，包括n型碳化硅漂移层；与该漂移层相邻的第一p型碳化硅区；位于第一p型碳化硅区的外围边缘之间的第一n型碳化硅区；第一p型碳化硅区中的第二n型碳化硅区，其中第二n型碳化硅区的载流子浓度高于漂移层的载流子浓度，并与第一p型碳化硅区的外围边缘分隔开；漂移层、第一n型碳化硅区、和第二n型碳化硅区上的氧化物层；位于第一p型碳化硅区之下并在第一p型碳化硅区和漂移层之间的第三n型碳化硅区，其中第三n型碳化硅区的载流子浓度比漂移层的载流子浓度高；第二n型碳化硅区的部分上的源接触；氧化物层上的栅接触；和与氧化物层相对的漂移层上的漏接触。16.根据权利要求15的碳化硅金属-氧化物半导体场效应晶体管，其中，第三n型碳化硅区与第一p型碳化硅区的外围边缘相邻。17.根据权利要求15的碳化硅金属-氧化物半导体场效应晶体管，其中，第一n型碳化硅区和第三n型碳化硅区包括漂移层上的n型碳化硅外延层，且其中第一p型碳化硅区在该n型碳化硅外延层中形成。18.根据权利要求15的碳化硅金属-氧化物半导体场效应晶体管，其中，第一n型碳化硅区包括漂移层的一个区域。19.根据权利要求18的碳化硅金属-氧化物半导体场效应晶体管，其中，第三n型碳化硅区包括漂移层中的注入n型区。20.根据权利要求15的碳化硅金属-氧化物半导体场效应晶体管，其中，第一n型碳化硅的载流子浓度高于漂移层中的载流子浓度，且低于第三n型碳化硅区的载流子浓度。21.根据权利要求15的碳化硅金属-氧化物半导体场效应晶体管，进一步包括第一p型区和第一n型碳化硅区上的碳化硅n型外延层。22.根据权利要求15的碳化硅金属-氧化物半导体场效应晶体管，进一步包括位于漂移层和漏接触之间的n型碳化硅层，其中该n型碳化硅层的载流子浓度比漂移层中的载流子浓度高。23.根据权利要求22的碳化硅金属-氧化物半导体场效应晶体管，其中，n型碳化硅层包括n型碳化硅衬底。24.根据权利要求15的碳化硅金属-氧化物半导体场效应晶体管，进一步包括位于第一p型碳化硅区中的第二p型碳化硅区。25.根据权利要求15的碳化硅金属-氧化物半导体场效应晶体管，其中，第三n型碳化硅区的厚度为约0.5μm到约1.5μm。26.根据权利要求15的碳化硅金属-氧化物半导体场效应晶体管，其中，第三n型碳化硅区的载流子浓度为约1×1015到约5×1017cm-3。27.一种碳化硅金属-氧化物半导体场效应晶体管，包括n型碳化硅漂移层；分隔开的p型碳化硅阱区；以及所述阱区和漂移层之间的n型碳化硅限制区。28.根据权利要求27的碳化硅金属-氧化物半导体场效应晶体管，其中，n型限制区位于分隔开的p型阱区之间。29.根据权利要求27的碳化硅金属-氧化物半导体场效应晶体管，其中，...

【专利技术属性】
技术研发人员：S·H·瑞，
申请(专利权)人：克里公司，
类型：发明
国别省市：