[發明專利]基于超級結的碳化硅MOSFET器件及制備方法

有效

• 申請號: 201110169285.8
• 申請日: 2011-06-23
• 公開（公告）號: CN102227000A
• 公開（公告）日: 2011-10-26
• 發明（設計）人: 湯曉燕;元磊;張玉明;張義門;王文;楊飛
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: H01L29/78
• 分類號: H01L29/78;H01L29/06;H01L21/04
• 代理公司: 陜西電子工業專利中心 61205
• 代理人: 王品華;朱紅星

技術領域

本發明屬于微電子技術領域，涉及半導體器件，特別是一種基于超級結的碳化硅MOSFET器件及制備方法。

背景技術

SiC是最近十幾年來迅速發展起來的寬禁帶半導體材料，與其它半導體材料，比如Si，GaNg及GaAs相比，SiC材料具有寬禁帶、高熱導率、高載流子飽和遷移率、高功率密度等優點。SiC可以熱氧化生成二氧化硅，使得SiC?MOSFET器件和電路的實現成為可能。自20世紀90年代以來，SiC?MOSFET已在開關穩壓電源、高頻加熱、汽車電子以及功率放大器等方面取得了廣泛的應用。

然而，作為一種功率器件，碳化硅MOSFET在性能上仍然存在很大的問題。其中最關鍵的一個就是擊穿電壓和導通電阻之間的制約關系，由于漂移區的限制，提高擊穿電壓和降低導通電阻往往不能同時實現，這就導致器件在大電壓下工作時會有很大的能量損耗。

圖1為傳統的SiC?MOSFET結構，區域7為JFET區，區域6為P阱，區域10為漏極，當給漏極10加大電壓時，由于電場邊緣集中現象，擊穿點將會發生在JFET區7與P阱6的拐角處。降低漂移區的摻雜濃度會使擊穿電壓提高，但同時也會增加器件的導通電阻，從而增加器件的能量損耗。

發明內容

本發明的目的在于克服上述已有技術的缺點，提供一種基于超級結的碳化硅MOSFET器件及制備方法，以減小P阱拐角處的電場，在低導通電阻的情況下提高器件擊穿電壓。

為實現上述目的，本發明的器件包括柵極、SiO₂氧化物介質、源極、N⁺源區、P⁺接觸區、P阱、JFET區、N^-外延層、N⁺襯底和漏極，其中，N^-外延層的兩側，且在P阱的正下方設有P^-基，以使P阱和JFET區拐點處的電場分布能更加均勻，提高器件的擊穿電壓。

所述的P^-基的橫向寬度與P阱的橫向寬度相同。

所述的P^-基的厚度為0.5～5μm，鋁離子摻雜濃度為5×10¹⁵～1×10¹⁶cm^-3。

為實現上述目的，本發明基于超級結的碳化硅MOSFET器件制作方法，包括如下步驟：

(1)在N⁺碳化硅襯底的正面上外延生長厚度為10μm、氮離子摻雜濃度為5×10¹⁵～1×10¹⁶cm^-3的N^-外延層，其外延生長溫度為1600℃，壓力100mbar，反應氣體是硅烷和丙烷，載運氣體為純氫氣，雜質源為液態氮氣；

(2)采用ICP刻蝕工藝，對N^-外延層的兩側進行刻蝕，形成P^-基區域，刻蝕深度為0.5～5μm；

(3)在P^-基區域上進行外延生長厚度為0.5～5μm、鋁離子摻雜濃度為5×10¹⁵～1×10¹⁶cm^-3的外延層，其外延生長溫度為1600℃，壓力100mbar，反應氣體是硅烷和丙烷，載運氣體為純氫氣，雜質源為三甲基鋁；

(4)在整個碳化硅的正面外延生長形成厚度為0.5μm、鋁離子摻雜濃度為5×10¹⁵cm^-3的P阱外延層，其外延生長溫度為1600℃，壓力100mbar，反應氣體是硅烷和丙烷，載運氣體為純氫氣，雜質源為三甲基鋁；

(5)在P阱外延層中間區域離子注入深度為0.5μm，摻雜濃度為1×10¹⁷cm^-3的氮離子，形成JFET區；

(6)在P阱的邊緣區域離子注入深度為0.5μm，摻雜濃度為1×10¹⁹cm^-3的鋁離子，形成P⁺歐姆接觸區；

(7)在P阱中靠近P⁺歐姆接觸區離子注入深度為0.25μm，摻雜濃度為1×10¹⁹cm^-3的氮離子，形成N⁺源區；

(8)在整個碳化硅表面采用干氧氧化和濕氧氧化結合的工藝進行氧化，形成50nm的柵氧化層；