碳化硅MOSFET功率器件及其制造方法技术

技术编号：40537686 阅读：9 留言：0更新日期：2024-03-01 14:00

本发明专利技术公开了一种碳化硅MOSFET功率器件及其制造方法。该碳化硅MOSFET功率器件包括特征沟槽，第一导电类型衬底、外延层、源区和电流扩展层，第二导电类型阱区。本发明专利技术通过特征沟槽进行离子注入以形成第一导电类型电流扩展层，于特征沟槽中填满栅介质，既可以明显减小导通电阻，又有效保护了栅介质，同时显著降低了器件的开关损耗。本发明专利技术同时公开了所述器件结构的制造方法。

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【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体，尤其涉及一种碳化硅mosfet功率器件及其制造方法。

技术介绍

1、随着电力电子技术朝着高功率密度、低开关损耗、小型化的方向不断发展，功率半导体器件的性能亟需提高。较之si基功率器件，sic功率器件在高功率、高温等领域具备明显优势，备受国内外公司及科研机构的关注。

2、在sic功率器件中，sic金属氧化物半导体场效应晶体管（mosfet）因其栅极驱动简单、单极导通等优点得到了广泛应用。然而平面栅型sic mosfet存在寄生结型场效应晶体管（jfet）结构，jfet电阻的引入会明显增大器件的导通电阻。此外，sic材料的介电常数接近sio2材料的3倍，使得关断状态下，栅介质需要承受较高的电场强度，致使器件提前击穿。

3、为了减小器件的导通电阻，业界常见的设计是在jfet区进行额外离子注入，以形成重掺杂的jfet区，进而减小jfet电阻。然而，这一方案会增大关断状态下栅介质承受的电场强度，进而影响器件可靠性。

技术实现思路

1、技术目的：针对现有技术中平面栅型sic mosfet器件的不足，本专利技术公开了一种碳化硅mosfet功率器件及其制造方法，在避免损害器件可靠性的前提下，既减小jfet电阻，又实现开关特性的有效提升。

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、一种碳化硅mosfet功率器件，包括：

4、漏极电极；

5、第一导电类型衬底，位于所述漏极电极之上；</p>

6、第一导电类型外延层，位于所述第一导电类型衬底之上；

7、第二导电类型阱区，位于所述第一导电类型外延层之中；

8、第一导电类型源区，位于所述第二导电类型阱区之中；

9、特征沟槽，位于所述第一导电类型外延层之中，位于所述第二导电类型阱区之间；

10、第一导电类型电流扩展层，位于所述特征沟槽的侧壁及底部；

11、栅介质层，位于所述特征沟槽之中以及第一导电类型外延层之上，栅介质层填满特征沟槽；

12、栅极电极，位于所述栅介质层之上，栅极电极的边缘位于所述第一导电类型源区之上；

13、隔离介质层，位于所述第一导电类型外延层之上，完全包围栅极电极；

14、源极电极，位于所述隔离介质层的两侧及之上。

15、一种碳化硅mosfet功率器件的制造方法，用于制造以上所述的一种碳化硅mosfet功率器件，包括以下步骤：

16、步骤1、在第一导电类型衬底上外延生长形成第一导电类型外延层；

17、步骤2、通过外延工艺或离子注入工艺形成第二导电类型阱区和第一导电类型源区；

18、步骤3、对第一导电类型外延层进行刻蚀，形成特征沟槽；

19、步骤4、对特征沟槽的侧壁和底部进行离子注入，形成第一导电类型电流扩展层；

20、步骤5、在特征沟槽之中、第一导电类型外延层之上形成栅介质层，栅介质层填满特征沟槽；

21、步骤6、在栅介质层之上形成栅极电极；

22、步骤7、在栅极电极之上及两侧形成完全包围栅极电极的隔离介质层，在隔离介质层的两侧及之上形成源极金属，形成源极欧姆接触，在第一导电类型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。

23、有益效果：

24、（1）本专利技术提出的碳化硅mosfet功率器件，在jfet区引入特征沟槽，对特征沟槽的侧壁及底部进行离子注入以形成第一导电类型电流扩展层，于特征沟槽之中填满栅介质。

25、（2）本专利技术提出的碳化硅mosfet功率器件，通过特征沟槽的设置，既保证了第一导电类型电流扩展层远离第一导电类型外延层之上的薄栅介质，又于特征沟槽中引入厚栅介质，因此，既实现了减小jfet电阻的目的，又有效增强了栅介质的抗击穿能力，提升了器件可靠性。

26、（3）本专利技术提出的碳化硅mosfet功率器件，于特征沟槽中引入厚栅介质，明显减小了栅漏电容，进而显著降低了器件的开关损耗，器件的开关特性得以提升。

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【技术保护点】

1.一种碳化硅MOSFET功率器件，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的一种碳化硅MOSFET功率器件，其特征在于：所述特征沟槽与第二导电类型阱区在x方向上的距离不小于0.1µm。

3.根据权利要求1所述的一种碳化硅MOSFET功率器件，其特征在于：所述特征沟槽的深度范围为0.4µm~3.0µm，宽度范围为0.5µm~2.5µm。

4.根据权利要求1所述的一种碳化硅MOSFET功率器件，其特征在于：所述第二导电类型阱区的深度小于特征沟槽的深度，且二者之差不小于0.1µm。

5.根据权利要求1所述的一种碳化硅MOSFET功率器件，其特征在于：所述第二导电类型阱区的深度小于特征沟槽的深度，且二者之差不小于0.1µm。

6.一种碳化硅MOSFET功率器件的制造方法，用于制造如权利要求1-5任一所述的一种碳化硅MOSFET功率器件，其特征在于，包括以下步骤：

7.根据权利要求6所述的一种碳化硅MOSFET功率器件的制造方法，其特征在于：所述步骤3采用ICP刻蚀工艺，采用的刻蚀气体是SF6、HBr、Cl2、O2

8.根据权利要求6所述的一种碳化硅MOSFET功率器件的制造方法，其特征在于：所述步骤4中，特征沟槽形成后，通过对特征沟槽的侧壁及底部进行离子注入，以形成第一导电类型电流扩展层，采用垂直或倾斜离子注入工艺。

9.根据权利要求6所述的一种碳化硅MOSFET功率器件的制造方法，其特征在于：所述步骤4后、步骤5前，在形成第一导电类型电流扩展层后，在特征沟槽的底部通过离子注入形成第二导电类型保护区。

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【技术特征摘要】

1.一种碳化硅mosfet功率器件，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的一种碳化硅mosfet功率器件，其特征在于：所述特征沟槽与第二导电类型阱区在x方向上的距离不小于0.1µm。

3.根据权利要求1所述的一种碳化硅mosfet功率器件，其特征在于：所述特征沟槽的深度范围为0.4µm~3.0µm，宽度范围为0.5µm~2.5µm。

4.根据权利要求1所述的一种碳化硅mosfet功率器件，其特征在于：所述第二导电类型阱区的深度小于特征沟槽的深度，且二者之差不小于0.1µm。

5.根据权利要求1所述的一种碳化硅mosfet功率器件，其特征在于：所述第二导电类型阱区的深度小于特征沟槽的深度，且二者之差不小于0.1µm。

6.一种碳化硅mosfet功率器...

【专利技术属性】
技术研发人员：张跃，柏松，曹龙飞，陈宇，黄润华，杨勇，
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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