[發明專利]一種溝槽柵碳化硅MOSFET器件及其制造方法

在審

• 申請號: 201710993025.X
• 申請日: 2017-10-23
• 公開（公告）號: CN109698237A
• 公開（公告）日: 2019-04-30
• 發明（設計）人: 趙艷黎;李誠瞻;高云斌;蔣華平;陳喜明;戴小平
• 申請（專利權）人: 株洲中車時代電氣股份有限公司
• 主分類號: H01L29/78
• 分類號: H01L29/78;H01L21/04
• 代理公司: 北京聿宏知識產權代理有限公司 11372
• 代理人: 吳大建;張杰

本發明公開了一種溝槽柵碳化硅MOSFET器件及其制造方法。該溝槽柵碳化硅MOSFET器件包括：位于N?漂移層兩側的P+埋區；位于P+埋區之間的N+摻雜區，其厚度小于P+埋區的厚度；位于P+埋區和N+摻雜區上的P?外延層，其與N+摻雜區不接觸；通過向P?外延層的中間區注入離子形成的N++摻雜區，其厚度小于P?外延層的厚度，寬度大于N+摻雜區的寬度；通過向P?外延層的未注入離子的兩側注入離子形成的P++摻雜區；通過刻蝕N++摻雜區的中間區及其下方各層級與其相對應的區域形成的位于N+摻雜區上的溝槽，溝槽寬度小于等于N+摻雜區的寬度。本發明可降低器件的導通電阻和功率損耗，同時兼顧器件體二極管續流特性。

技術領域

本發明涉及半導體器件技術領域，尤其涉及一種溝槽柵碳化硅MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，金屬-氧化物半導體場效應晶體管)器件及其制造方法。

背景技術

碳化硅材料是一種比硅半導體材料能帶間隙大的寬帶隙半導體材料。也是唯一一種能夠直接熱氧化形成二氧化硅柵絕緣層的寬帶隙半導體材料。近年來，為了制造出高擊穿電壓、高頻率、高溫環境下應用的半導體器件，已經開始采用碳化硅作為新一代半導體器件的材料。并且碳化硅材料已經在開關穩壓電源、高頻加熱、電動汽車以及功率放大器等諸多領域取得了廣泛的應用。

溝槽柵MOSFET器件和平面柵MOSFET器件是半導體器件中的兩個重要開關管。在同等元胞尺寸下，碳化硅溝槽柵MOSFET器件比平面柵MOSFET器件具有更低的導通電阻和更大的電流密度。然而，碳化硅溝槽柵MOSFET器件在承受電壓時，電場強度最大處往往位于溝槽底部的拐角處，所以擊穿點通常也在溝槽底部的拐角處。為了充分利用碳化硅材料的高擊穿電場的特性，避免在碳化硅擊穿之前柵氧化層的擊穿，必須對柵氧化層采取相應的保護措施。目前較為成熟的技術方案包括以下三種：

方案一，在溝槽兩端設置有P型摻雜區，使用溝槽兩端的P型摻雜區阻擋大部分電場，可以降低溝槽底部的電場。P型摻雜區的引入雖然能降低溝槽底部電場，但是會導致電流通路變窄，同時也相應地提高了器件導通電阻。

方案二，在溝槽底部兩端設置有P型摻雜區，溝槽底部兩端的P型摻雜區起主要耐壓作用。溝槽底部設置有P型摻雜區，溝槽底部的P型摻雜區與漂移層形成反向PN結，可以削弱溝槽底部電場，保護柵氧化層。但是該方案會導致電流通路變窄，同時也相應地提高了器件導通電阻。

方案三，在底部的P型摻雜區之間形成N+摻雜區，雖然能夠提高器件導通電阻，但是溝槽底部的P型摻雜區之上又形成了N型摻雜區，N型摻雜區的引入使器件體二極管結構失效，失去了以體二極管取代反并聯續流二極管的潛力。

發明內容

為了解決上述技術問題，本發明提供了一種溝槽柵碳化硅MOSFET器件及其制造方法。

根據本發明的第一個方面，提供了一種溝槽柵碳化硅MOSFET器件，包括：

碳化硅襯底；

在所述碳化硅襯底上生長的N-漂移層；

位于所述N-漂移層的兩側區域的兩個P+埋區；

位于所述兩個P+埋區之間的N+摻雜區，其中所述N+摻雜區的厚度小于所述兩個P+埋區的厚度；

位于所述兩個P+埋區和N+摻雜區上的P-外延層，其中所述P-外延層與所述N+摻雜區不接觸；

通過向所述P-外延層的中間區域注入N型離子而形成的N++摻雜區，其中所述N++摻雜區的厚度小于所述P-外延層的厚度，所述N++摻雜區的寬度大于所述N+摻雜區的寬度；

通過向所述P-外延層的未注入N型離子的兩側區域注入P型離子而形成的與所述兩個P+埋區分別接觸的兩個P++摻雜區；