[發(fā)明專(zhuān)利]面向高頻應(yīng)用的雙溝槽型SiC MOSFET結(jié)構(gòu)及制造方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010598803.7
• 申請(qǐng)日: 2020-06-28
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN111799322B
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-09-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 岳瑞峰;楊同同;王燕
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 清華大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): H01L29/06
• 分類(lèi)號(hào): H01L29/06;H01L29/423;H01L29/78;H01L21/28;H01L21/336
• 代理公司: 北京清亦華知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11201
• 代理人: 白雪靜

本發(fā)明公開(kāi)了一種面向高頻應(yīng)用的雙溝槽型SiC MOSFET結(jié)構(gòu)及制造方法，其中，雙溝槽型SiC MOSFET結(jié)構(gòu)構(gòu)建在N⁺⁺型SiC襯底上的N^?型SiC外延層，包括：柵極溝槽、源極溝槽、N⁺源區(qū)、P型基區(qū)、P⁺屏蔽區(qū)、N型電流擴(kuò)展區(qū)和N^?型外延層，其中，N⁺源區(qū)和P型基區(qū)由上至下排列，P⁺屏蔽區(qū)位于P型基區(qū)和源極溝槽的下方，N型電流擴(kuò)展區(qū)位于P⁺屏蔽區(qū)的外側(cè)，N^?型外延層位于柵極溝槽的槽底中間區(qū)域和N型電流擴(kuò)展區(qū)的下方。該結(jié)構(gòu)既有傳統(tǒng)雙溝槽型SiC MOSFET的優(yōu)異靜態(tài)品質(zhì)因子，又能夠明顯降低開(kāi)關(guān)損耗、提高短路耐受能力。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種面向高頻應(yīng)用的雙溝槽型SiC MOSFET結(jié)構(gòu)及其制造方法。

背景技術(shù)

SiC是一種典型的第三代半導(dǎo)體材料，與Si相比，其禁帶寬度大，臨界擊穿場(chǎng)強(qiáng)高且熱導(dǎo)率較高。因此，相比于傳統(tǒng)的Si基功率半導(dǎo)體器件，基于SiC的功率半導(dǎo)體器件能夠?qū)崿F(xiàn)高溫、高壓和高頻工作，明顯提升系統(tǒng)能源轉(zhuǎn)換效率、減小系統(tǒng)體積以及提升系統(tǒng)可靠性。

雖然Si基IGBT功率器件已經(jīng)廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)和生活設(shè)備中，但是其具有明顯的拖尾電流，一方面增加了開(kāi)關(guān)損耗，另一方面也限制了最高工作頻率。因此，Si基IGBT 可能很難適今后先進(jìn)前電力電子系統(tǒng)對(duì)于高頻、高效率的要求。而基于SiC的功率MOSFET 器件，可以避免Si基IGBT的拖尾電流現(xiàn)象，極大提升工作頻率，有望在未來(lái)替代同等電壓等級(jí)的Si基IGBT器件。

當(dāng)前SiC MOSFET發(fā)展的一個(gè)主要瓶頸是極低的溝道反型層遷移率，這主要是由于在 SiO₂/SiC界面處的界面態(tài)和陷阱電荷造成的散射導(dǎo)致的。為了解決這一問(wèn)題，采用溝槽型 SiC MOSFET結(jié)構(gòu)一方面可以縮小元胞寬度、增加元胞密度，另一方面可以在不同的晶向?qū)崿F(xiàn)較高的遷移率。但在高電壓下，SiC溝槽底部的電場(chǎng)集中效應(yīng)會(huì)引起器件的過(guò)早擊穿，從而降低了器件擊穿電壓。

為了抑制溝槽型SiC MOSFET的溝槽底部電場(chǎng)集中問(wèn)題，目前主要有兩種解決方法。一種是直接在SiC溝槽底部增加一層高摻雜濃度的P⁺區(qū)域，用于轉(zhuǎn)移電場(chǎng)集中的位置。但是該方法會(huì)帶來(lái)JFET效應(yīng)，限制電子從溝道到外延層的流動(dòng)路徑寬度，引起較高的器件電阻。另外一種解決方法是Rohm公司提出的雙溝槽型SiC MOSFET結(jié)構(gòu)。雖然這種雙溝槽型結(jié)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)擊穿電壓和導(dǎo)通電阻的更好折衷，但是在溝槽底部的電場(chǎng)仍然較高，依然存在柵氧可靠性問(wèn)題。同時(shí)，其還存在較高的柵漏電容，也會(huì)降低器件的開(kāi)關(guān)速度、增加開(kāi)關(guān)損耗，不利于高頻應(yīng)用。當(dāng)前溝槽型SiC MOSFET研究的熱點(diǎn)就是如何在降低氧化層電場(chǎng)和減小器件電阻之間進(jìn)行更好的折衷。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明旨在至少在一定程度上解決相關(guān)技術(shù)中的技術(shù)問(wèn)題之一。

為此，本發(fā)明的一個(gè)目的在于提出一種面向高頻應(yīng)用的雙溝槽型SiC MOSFET結(jié)構(gòu)。

本發(fā)明的另一個(gè)目的在于提出一種面向高頻應(yīng)用的雙溝槽型SiC MOSFET制造方法。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明一方面實(shí)施例提出了面向高頻應(yīng)用的雙溝槽型SiCMOSFET 結(jié)構(gòu)，所述雙溝槽型SiC MOSFET結(jié)構(gòu)構(gòu)建在N⁺⁺型SiC襯底上的N^-型SiC外延層，包括：柵極溝槽、源極溝槽、N⁺源區(qū)、P型基區(qū)、P⁺屏蔽區(qū)、N型電流擴(kuò)展區(qū)和N^-型外延層，其中，所述N⁺源區(qū)和所述P型基區(qū)由上至下排列，所述P⁺屏蔽區(qū)位于所述P型基區(qū)和所述源極溝槽的下方，所述N型電流擴(kuò)展區(qū)位于所述P⁺屏蔽區(qū)的外側(cè)，所述N^-型外延層位于所述柵極溝槽的槽底中間區(qū)域和所述N型電流擴(kuò)展區(qū)的下方。