[發(fā)明專(zhuān)利]一種新型溝槽碳化硅晶體管器件及其制作方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010087560.0
• 申請(qǐng)日: 2020-02-12
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN111276545B
• 公開(kāi)（公告）日: 2023-03-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 鄭柳;何鈞;劉敏
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 重慶偉特森電子科技有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): H01L29/786
• 分類(lèi)號(hào): H01L29/786;H01L29/739;H01L29/06;H01L21/336;H01L21/331
• 代理公司: 重慶西南華渝專(zhuān)利代理有限公司 50270
• 代理人: 郭桂林

一種新型溝槽碳化硅晶體管器件及其制作方法，在MOSFET或IGBT的基礎(chǔ)上，利用刻蝕等手段，將主結(jié)邊緣刻蝕成雙臺(tái)面形狀，分別為第二導(dǎo)電類(lèi)型阱區(qū)臺(tái)面和外延層臺(tái)面，達(dá)到改變器件中結(jié)邊緣的形貌的目的，從而改善結(jié)附近表面的電場(chǎng)分布，緩解結(jié)邊緣附近電場(chǎng)集中，提高器件反向擊穿電壓，提高了器件耐壓性能和器件可靠性。在不增大器件元胞面積的情況下，降低了柵介質(zhì)層的電場(chǎng)聚集，提高了器件的擊穿電壓。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種新型溝槽碳化硅晶體管器件及其制作方法。

背景技術(shù)

隨著電力電子技術(shù)的快速發(fā)展，大功率半導(dǎo)體器件的需求越來(lái)越顯著。由于材料的限制，傳統(tǒng)的硅器件特性已經(jīng)到達(dá)它的理論極限，而作為最近十幾年來(lái)迅速發(fā)展起來(lái)的寬禁帶半導(dǎo)體材料之一的碳化硅，其具有寬禁帶、高熱導(dǎo)率、高載流子飽和遷移率、高功率密度等優(yōu)點(diǎn)，能夠適用于大功率、高溫及抗輻照等應(yīng)用領(lǐng)域。

在碳化硅半導(dǎo)體器件中，垂直型溝槽碳化硅晶體管，由于其溝道表面為非極性面且具有更高的遷移率和更高的元胞集成度，使得溝槽型碳化硅晶體管成為下一代電力電子器件的重點(diǎn)研究對(duì)象，可廣泛應(yīng)用于電動(dòng)汽車(chē)、充電樁、不間斷電源及智能電網(wǎng)等領(lǐng)域。

但是，由于溝槽型碳化硅晶體管中的碳化硅的臨界擊穿電場(chǎng)較大，使得柵介質(zhì)中的電場(chǎng)集中現(xiàn)象較為嚴(yán)重，當(dāng)在較小的反向電壓下，高電場(chǎng)集中的柵介質(zhì)層也很容易被擊穿。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提出一種新型溝槽碳化硅晶體管的結(jié)構(gòu)，與傳統(tǒng)器件相比，其具有雙臺(tái)面結(jié)構(gòu)，改變了器件中結(jié)邊緣的形貌，從而改善結(jié)附近表面的電場(chǎng)分布，緩解結(jié)邊緣附近電場(chǎng)集中。

本發(fā)明的另一目的是提出一種新型溝槽碳化硅晶體管器件的其制作方法，本發(fā)明利用刻蝕等手段，將主結(jié)邊緣刻蝕成臺(tái)面形狀緩解結(jié)邊緣附近電場(chǎng)集中，提高器件反向擊穿電壓，提高了器件耐壓性能和器件可靠性。

本發(fā)明的目的是通過(guò)這樣的技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，一種新型溝槽碳化硅晶體管器件，包括截面呈“凸”形結(jié)構(gòu)的第一導(dǎo)電類(lèi)型SiC外延層；

第一導(dǎo)電類(lèi)型SiC外延層下部依次設(shè)有第一導(dǎo)電類(lèi)型SiC緩沖層、SiC半導(dǎo)體襯底和漏電極；

設(shè)置于第一導(dǎo)電類(lèi)型SiC外延層凸臺(tái)中部的溝槽；

自下而上以此設(shè)置于第一導(dǎo)電類(lèi)型SiC外延層凸臺(tái)上部，且位于溝槽兩側(cè)的第二導(dǎo)電類(lèi)型阱區(qū)和第一導(dǎo)電類(lèi)型源區(qū)；

設(shè)置于溝槽底部的絕緣介質(zhì)薄膜；

經(jīng)溝槽側(cè)壁氧化形成的氧化薄膜；

設(shè)置于溝槽上部的柵源隔離介質(zhì)薄膜；

設(shè)置于溝槽內(nèi)的且被柵源隔離介質(zhì)薄膜、溝槽側(cè)壁氧化形成的氧化薄膜和絕緣介質(zhì)薄膜包覆的柵電極，并且柵極與第一導(dǎo)電類(lèi)型源區(qū)齊平；

設(shè)置于第一導(dǎo)電類(lèi)型SiC外延層凸臺(tái)兩側(cè)且與凸臺(tái)轉(zhuǎn)角對(duì)應(yīng)的基區(qū)；

所述覆蓋基區(qū)、第二導(dǎo)電類(lèi)型阱區(qū)、第一導(dǎo)電類(lèi)型源區(qū)和柵源隔離介質(zhì)薄膜（20）的源電極；

所述導(dǎo)電類(lèi)型分為N型和P型，第一導(dǎo)電類(lèi)型與第二導(dǎo)電類(lèi)型摻雜類(lèi)型相反。

本發(fā)明的另一目的是通過(guò)這樣的技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，一種新型溝槽碳化硅晶體管器件的制造方法，具體包括如下步驟：

步驟S1：選取由SiC半導(dǎo)體襯底（11）、第一導(dǎo)電類(lèi)型SiC緩沖層（12）和第一導(dǎo)電類(lèi)型SiC外延層（13）組成的半導(dǎo)體外延片，并在第一導(dǎo)電類(lèi)型SiC外延層上表面通過(guò)二次外延或者離子注入形成第二導(dǎo)電類(lèi)型阱區(qū)；

步驟S2：在第二導(dǎo)電類(lèi)型阱區(qū)上表面通過(guò)二次外延或者離子注入形成第一導(dǎo)電類(lèi)型源區(qū)；