碳化硅功率金属氧化物半导体场效应晶体管及其制备方法技术

本发明专利技术公开了碳化硅功率金属氧化物半导体场效应晶体管及其制备方法，碳化硅功率金属氧化物半导体场效应晶体管，包括N型碳化硅外延层、铝P阱、N型纯硅外延层、第一硼P阱、第二硼P阱、栅极氧化层、多晶硅层、介电质层以及源极金属层，本发明专利技术的有益效果是：本发明专利技术在碳化硅外延片上将纯硅外延，下方碳化硅外延保有其耐高电场的优势，因此维持高压而低外延电阻的特性，上方纯硅的外延用以生长栅极氧化层以增加其稳定性及可靠度，纯硅在通道处的载子移动率并不像碳化硅容易受极性面影响，所以可明显的减少其通道阻值，此结构可同时将二材料特性做有效互补。有效互补。有效互补。

【技术实现步骤摘要】
碳化硅功率金属氧化物半导体场效应晶体管及其制备方法


[0001]本专利技术涉及场效应晶体管
，具体为碳化硅平面式功率金属氧化物半导体场效应晶体管。

技术介绍

[0002]随着全球科技的进步，5G、电动车及高速操作数件正急速的开发，为了应付这些科技产品在效能，过去以纯硅材料为主的功率组件已不能满足其要求，功率组件开始朝着第三代宽能带半导体以寻求其所需，对碳化硅材料而言，其耐高温、高压、高电流等特性都比纯硅材料来得更强更稳定，可谓是目前可预期的明日之星，也是目前学界及业界争相研究的对象。
[0003]近年来碳化硅的研究不在少数，除了长晶的固难度及碳化硅本身的高成本外，仍有许多制程的问题需要克服，以碳化硅功率金属氧化物半导体场效晶体管(SiC MOSFET)而言，栅极氧化缺陷及不均匀性就是一大难题，而平面式的功率金属氧化物半导体场效晶体管因为碳化硅极性面还存在着高通道电阻的问题，同样以沟槽式的功率金属氧化物半导体场效晶体管也有着沟槽下方角落高电场的集中性须避免。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供碳化硅平面式功率金属氧化物半导体场效应晶体管，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：碳化硅功率金属氧化物半导体场效应晶体管，包括N型碳化硅外延层、铝P阱、N型纯硅外延层、第一硼P阱、第二硼P阱、栅极氧化层、多晶硅层、介电质层以及源极金属层，所述N型碳化硅外延层内顶部两侧各设有一个铝P阱，所述N型碳化硅外延层外顶部设有源极金属层，所述源极金属层和N型碳化硅外延层之间设有介电质层，所述介电质层底部部分设有栅极氧化层，所述介电质层底部部分设有多晶硅层，所述栅极氧化层两侧均设有第一硼P阱，所述第一硼P阱相对两端底部均连接有第二硼P阱，所述第二硼P阱和N型碳化硅外延层内顶部的铝P阱接触，所述第二硼P阱和N型碳化硅外延层之间设有N型纯硅外延层。
[0006]进一步地，所述铝P阱以铝所注入而成，整体浓度为1～4乘10的14次方atoms/cm2。
[0007]进一步地，所述N型纯硅外延层高度为3
‑
7um。
[0008]进一步地，所述第一硼P阱和第二硼P阱为硼所注入而成，整体浓度为1～3乘10的13次方atoms/cm2。
[0009]进一步地，所述栅极氧化层厚度为0.05
‑
0.15um。
[0010]进一步地，所述多晶硅层高度为2
‑
3um。
[0011]进一步地，所述介电质层高度为0.5
‑
1um。
[0012]进一步地，所述源极金属层高度为3
‑
4um。
[0013]碳化硅功率金属氧化物半导体场效应晶体管的制备方法，包括以下步骤：
s1、在碳化硅外延片以一层光刻定义离子注入区域后，以铝离子注入工艺并经过1500℃
‑
1700℃高温氮气处理后完成P
‑
阱区；s2、以1000℃
‑
1200℃的长晶工艺完成纯硅外延片后，硼离子以600keV
‑
800keV的能量注入进入纯硅外延片内；s3、再以一道光刻定义区域后，硼离子再次以800keV
‑
1200keV的能量注入进入纯硅外延片内；s4、一层光刻加以干蚀刻工艺在纯硅上刻蚀出栅极沟槽；s5、600℃
‑
900℃的温度环境下完成栅极氧化层，并填入多晶硅层；s6、后续填上介电质层后，以光刻工艺定义并蚀刻出金属接触孔；s7、沈积铝金属后完成最后结构。
[0014]应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。
[0015]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术在碳化硅外延片上将纯硅外延，下方碳化硅外延保有其耐高电场的优势，因此维持高压而低外延电阻的特性，见图8，上方纯硅的外延用以生长栅极氧化层以增加其稳定性及可靠度，纯硅在通道处的载子移动率并不像碳化硅容易受极性面影响，所以可明显的减少其通道阻值，此结构可同时将二材料特性做有效互补。
附图说明
[0016]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0017]图1为本专利技术步骤S1完成后的结构图；图2为本专利技术步骤S2完成后的结构图；图3为本专利技术步骤S3完成后的结构图；图4为本专利技术步骤S4完成后的结构图；图5为本专利技术步骤S5完成后的结构图；图6为本专利技术步骤S6完成后的结构图；图7为本专利技术步骤S7完成后的结构图；图8为本专利技术的整体结构示意图。
[0018]图中：1、N型碳化硅外延层；2、铝P阱；3、N型纯硅外延层；4
‑
1、第一硼P阱；4
‑
2、第二硼P阱；5、栅极氧化层；6、多晶硅层；7、介电质层；8、源极金属层。
具体实施方式
[0019]这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本公开相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本公开的一些方面相一致的装置的例子。
[0020]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0021]请参阅图1
‑
8，本专利技术提供技术方案：碳化硅功率金属氧化物半导体场效应晶体管，包括N型碳化硅外延层1、铝P阱2、N型纯硅外延层3、第一硼P阱4
‑
1、第二硼P阱4
‑
2、栅极氧化层5、多晶硅层6、介电质层7以及源极金属层8，N型碳化硅外延层1内顶部两侧各设有一个铝P阱2，N型碳化硅外延层1外顶部设有源极金属层8，源极金属层8和N型碳化硅外延层1之间设有介电质层7，介电质层7底部部分设有栅极氧化层5，介电质层7底部部分设有多晶硅层6，栅极氧化层5两侧均设有第一硼P阱4
‑
1，第一硼P阱4
‑
1相对两端底部均连接有第二硼P阱4
‑
2，第二硼P阱4
‑
2和N型碳化硅外延层1内顶部的铝P阱2接触，第二硼P阱4
‑
2和N型碳化硅外延层1之间设有N型纯硅外延层3。
[0022]铝P阱2以铝所注入而成，整体浓度为1～4乘10的14次方atoms/cm2。
[0023]N型纯硅外延层3高度为3
‑
7um。
[0024]第一硼P阱4
‑
1和第二硼P阱4
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.碳化硅功率金属氧化物半导体场效应晶体管，其特征在于，包括N型碳化硅外延层（1）、铝P阱（2）、N型纯硅外延层（3）、第一硼P阱（4
‑
1）、第二硼P阱（4
‑
2）、栅极氧化层（5）、多晶硅层（6）、介电质层（7）以及源极金属层（8），所述N型碳化硅外延层（1）内顶部两侧各设有一个铝P阱（2），所述N型碳化硅外延层（1）外顶部设有源极金属层（8），所述源极金属层（8）和N型碳化硅外延层（1）之间设有介电质层（7），所述介电质层（7）底部部分设有栅极氧化层（5），所述介电质层（7）底部部分设有多晶硅层（6），所述栅极氧化层（5）两侧均设有第一硼P阱（4
‑
1），所述第一硼P阱（4
‑
1）相对两端底部均连接有第二硼P阱（4
‑
2），所述第二硼P阱（4
‑
2）和N型碳化硅外延层（1）内顶部的铝P阱（2）接触，所述第二硼P阱（4
‑
2）和N型碳化硅外延层（1）之间设有N型纯硅外延层（3）。2.根据权利要求1所述的碳化硅功率金属氧化物半导体场效应晶体管，其特征在于：所述铝P阱（2）以铝所注入而成，整体浓度为1～4乘10的14次方atoms/cm2。3.根据权利要求1所述的碳化硅功率金属氧化物半导体场效应晶体管，其特征在于：所述N型纯硅外延层（3）高度为3
‑
7um。4.根据权利要求1所述的碳化硅功率金属氧化物半导体场效应晶体管，其特征在于：所述第一硼P阱（4
‑
1）和第二硼P阱（4
‑
2）为硼所注入而成，整体浓...

【专利技术属性】
技术研发人员：李振道，孙明光，
申请(专利权)人：江苏应能微电子有限公司，
类型：发明
国别省市：