[發明專利]一種SiC溝槽柵功率MOSFET器件及其制備方法

有效

• 申請號: 202010561201.4
• 申請日: 2020-06-18
• 公開（公告）號: CN111697077B
• 公開（公告）日: 2022-04-22
• 發明（設計）人: 張金平;陳子珣;涂元元;劉競秀;張波
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: H01L29/78
• 分類號: H01L29/78;H01L29/417;H01L21/336
• 代理公司: 成都點睛專利代理事務所(普通合伙) 51232
• 代理人: 霍淑利

1.一種SiC溝槽柵功率MOSFET器件，其元胞結構包括由下至上依次層疊設置的金屬化漏極(13)、N+漏區(12)、N-漂移區(11)和金屬化源極(5)；

所述N-漂移區(11)中具有溝槽源結構、P型多晶硅(8)、溝槽柵結構、P型基區(7)、P+低電阻率區(6)和N+源區(4)；

所述溝槽源結構、P型多晶硅(8)和溝槽柵結構由下至上依次層疊設置在所述N-漂移區(11)的頂層；所述P型基區(7)位于所述溝槽柵結構的兩側，P+低電阻率區(6)和N+源區(4)側面相互接觸的位于所述P型基區(7)的頂層；

所述金屬化源極(5)位于P+低電阻率區(6)、N+源區(4)和溝槽柵結構上，所述金屬化源極(5)與所述溝槽柵結構之間具有鈍化層(2)；

其特征在于，所述溝槽源結構包括源介質層(9)和源電極(10)，且位于第一溝槽中，所述源電極(10)填充所述第一溝槽，所述第一溝槽的側壁和底部與所述源電極(10)之間具有源介質層(9)，P型多晶硅(8)與源電極(10)等電位；

所述溝槽柵結構包括柵介質層(3)和柵電極(1)，且位于第二溝槽中，所述柵電極(1)填充所述第二溝槽，所述第二溝槽的側壁和底部與所述柵電極(1)之間具有柵介質層(3)，所述柵介質層(3)的側面與所述P型基區(7)和N+源區(4)的側面接觸；

所述P型多晶硅(8)的寬度小于所述柵電極(1)與所述源電極(10)的寬度；

所述N-漂移區(11)中還具有N型JFET區(15)，所述N型JFET區(15)位于所述P型基區(7)的底部，且位于所述溝槽源結構、P型多晶硅(8)和溝槽柵結構的兩側。

2.根據權利要求1所述的一種SiC溝槽柵功率MOSFET器件，其特征在于，所述N-漂移區(11)中還具有P+屏蔽層(14)，所述P+屏蔽層(14)位于所述溝槽源結構的底部，所述P+屏蔽層(14)的寬度大于或者小于所述溝槽源結構的寬度。

3.根據權利要求2所述的一種SiC溝槽柵功率MOSFET器件，其特征在于，所述P+屏蔽層(14)向上并向所述溝槽源結構的兩側延伸，以包圍部分所述溝槽源結構。

4.根據權利要求1-3任一項所述的一種SiC溝槽柵功率MOSFET器件，其特征在于，垂直紙面方向上，所述P型多晶硅(8)在N-漂移區(11)中連續分布或間隔分布；和/或，垂直紙面方向上，所述溝槽源結構在N-漂移區(11)中連續分布或間隔分布。

5.根據權利要求2所述的一種SiC溝槽柵功率MOSFET器件，其特征在于，垂直紙面方向上，P+屏蔽層(14)在N-漂移區(11)中連續分布或間隔分布。

6.根據權利要求2所述的一種SiC溝槽柵功率MOSFET器件，其特征在于，垂直紙面方向上，所述P型多晶硅(8)在N型JFET區(15)中連續分布或間隔分布；和/或，垂直紙面方向上，所述溝槽源結構在N型JFET區(15)中連續分布或間隔分布；和/或，垂直紙面方向上，P+屏蔽層(14)在N型JFET區(15)中連續分布或間隔分布。

7.根據權利要求1-3任一項所述的一種SiC溝槽柵功率MOSFET器件，其特征在于，器件表面具有連續或者不連續的溝槽，使得元胞排列為條形排列、方形排列、品字型排列、六角形排列或者原子晶格排列。

8.權利要求1-7任一項所述的一種SiC溝槽柵功率MOSFET器件的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

選取N型重摻雜SiC襯底作為N+漏區(12)，在SiC襯底正面外延生長N-漂移區(11)；

通過高溫離子注入P型雜質和退火工藝，在N-漂移區(11)的頂層形成P型基區(7)；

通過光刻，高溫離子注入P型雜質和退火工藝，在P型基區(7)頂層的兩側形成P+低電阻率區(6)；

通過光刻，高溫離子注入N型雜質和退火工藝，在P+低電阻率區(6)之間形成N+源區(4)；

通過刻蝕工藝，在所述N-漂移區(11)的頂層形成第一溝槽，使N+源區(4)和P型基區(7)位于所述第一溝槽的兩側，在所述第一溝槽的底部和側壁淀積源介質材料，在源介質層材料上且在所述第一溝槽內淀積多晶硅；

去除所述第一溝槽頂層的多晶硅和源介質材料，獲得源介質層(9)和源電極(10)，形成溝槽源結構；

在所述第一溝槽內且在所述溝槽源結構上淀積多晶硅，通過擴散摻雜形成P型多晶硅(8)；

通過熱氧化工藝，在P型多晶硅(8)上且在所述第一溝槽的底部和側壁形成柵介質層(3)；

在柵介質層(3)上且在所述第一溝槽內淀積多晶硅，形成柵電極(1)，獲得溝槽柵結構；

在所述溝槽柵結構上形成鈍化層(2)；

通過蒸發或濺射工藝，在P+低電阻率區(6)、N+源區(4)和鈍化層(2)上形成源極金屬，對所述源極金屬進行熱處理工藝形成金屬化源極(5)；

翻轉基片，減薄SiC襯底的厚度，通過蒸發或濺射工藝，在N+漏區(12)的背面形成漏極金屬，對所述漏極金屬進行熱處理工藝形成金屬化漏極(13)。