[發明專利]一種SiC MOSFET器件元胞及其制造方法

在審

• 申請號: 202011138568.1
• 申請日: 2020-10-22
• 公開（公告）號: CN112086507A
• 公開（公告）日: 2020-12-15
• 發明（設計）人: 易波;伍爭;魏文靜;張千;向勇
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: H01L29/06
• 分類號: H01L29/06;H01L29/423;H01L29/78;H01L21/336
• 代理公司: 成都正華專利代理事務所(普通合伙) 51229
• 代理人: 李蕊

1.一種SiC MOSFET器件元胞，其特征在于，包括：半導體第一主表面和半導體第二主表面、設置于第一主表面和第二主表面之間的N-耐壓層(1)、N型緩沖層(2)、重摻雜N型襯底(3)、兩個P型電場屏蔽層(5)、N型層(7)、N型外延層(8)、柵氧化層(13)、多晶硅柵(12)、金屬柵電極(9)、兩個P型體區(11)、兩個N+源極區(10)、兩個肖特基金屬區(6)、設置于第一主表面上的兩個源極金屬(14)和設置于第二主表面的漏極金屬(4)；

所述重摻雜N型襯底(3)與第二主表面固定連接；所述N型緩沖層(2)位于重摻雜N型襯底(3)的上表面；所述耐壓層(1)位于N型緩沖層(2)的上表面；所述兩個P型電場屏蔽區(5)分別位于耐壓層(1)的部分上表面；所述N型層(7)位于所述兩個P型電場屏蔽區(5)之間；所述N型外延層(8)設置于所述P型電場屏蔽區(5)和所述N型層(7)上表面；從第一主表面到半導體內的N型外延層(8)內設置有一個槽，用于制作槽柵；所述槽不與所述P型電場屏蔽層(5)以及N型層(7)接觸；所述槽由槽壁柵氧化層(13)和槽內填充重摻雜多晶硅柵(12)構成；所述槽的兩側槽壁外的半導體內各分別設置了一個P型體區(11)；所述兩個P型體區(11)位于N型外延層(8)上表面并且與槽壁接觸；所述兩個P型體區(11)上表面和第一主表面之間分別設置有兩個N+源極區(10)；所述兩個N+源極區(10)與槽壁接觸，且每一個N+源極區(10)上均覆蓋了一個源極金屬(14)；所述多晶硅柵(12)上覆蓋有金屬柵電極(9)；每一個所述肖特基金屬區(6)均與一個源極金屬(14)接觸；

所述兩個肖特基金屬區(6)分別位于所述槽兩側并且從第一主表面貫穿進入半導體體內，其深入半導體的距離大于槽底距第一主表面的距離，并且各自與槽兩側的一個N+源極區(10)、一個P型體區(11)、N型外延層(8)、N型層(7)和一個P型電場屏蔽層(5)分別接觸；所述每一個肖特基金屬區(6)和N型外延層(8)接觸的界面形成N型肖特基接觸，即肖特基結界面；

所述兩個P型電場屏蔽區(5)分別位于槽中心的垂直于第一主表面的中心線兩側，并且各自從槽兩側的肖特基結界面向槽的中心方向延伸w的距離，其摻雜濃度在1×10¹⁸cm^-3以上，其中，距離w0.5um；

所述N型區(7)和N型外延層(8)的摻雜濃度均大于N-耐壓層(1)摻雜濃度。

2.一種SiC MOSFET器件元胞的制造方法，其特征在于，包括如下步驟：

A1、在N-耐壓層(1)表面離子注入相互接觸的N型層(7)和兩個P型電場屏蔽區(5)，在N-耐壓層(1)上外延生長N型外延層(8)和兩個P型體區(11)；

A2、在步驟A1的半導體第一主表面進行注入離子、刻蝕，高溫退火、柵氧生長以及多晶硅淀積，得到初步的MOS管；

A3、對于初步的MOS管，如果兩個肖特基金屬區(6)和兩個源極金屬(14)為相同材料，則淀積源極金屬區域，再光刻、之后刻蝕源極金屬區域得到兩個源極金屬(14)和金屬柵電極(9)；如果二者材料不相同，則淀積肖特基金屬區域后刻蝕掉兩個肖特基金屬區(6)所在槽以外的金屬，再淀積源極金屬區域，再光刻、之后刻蝕源極金屬區域得到兩個源極金屬(14)和金屬柵電極(9)；

A4、對步驟A3得到的MOS管的表面采用CVD生長鈍化層，在第二主表面采用金屬進行淀積，得到漏極金屬(4)；

A5、對步驟A4得到的MOS管進行退火處理，得到歐姆接觸，完成對SiC MOSFET器件元胞的制造。

3.根據權利要求2所述的SiC MOSFET器件元胞的制造方法，其特征在于，所述步驟A2包括以下分步驟：

A21、首先光刻出兩個N+源極區(10)的窗口，采用離子注入形成N型重摻雜，得到兩個N+源極區(10)；

A22、對步驟A21得到的MOS管覆蓋保護性碳膜，再采用1600℃～1800℃高溫對其進行退火處理激活雜質，去除碳膜；

A23、將去除碳膜的MOS管的淀積金屬Ni或者介質層作為硬掩膜層，光刻出槽以及兩個肖特基金屬區(6)的位置；采用ICP或RIE刻蝕掉兩個肖特基金屬區(6)以及槽位置的硬掩膜層，繼續采用ICP或RIE刻蝕，將兩個肖特基金屬區(6)位置和槽的位置的半導體刻蝕到槽所需深度；

A24、保留A23中的硬掩膜層，涂光刻膠，曝光出兩個肖特基金屬區(6)所在位置；利用A23中的硬掩膜層自對準繼續刻蝕，直至兩個肖特基金屬區(6)深度達到各自下方的兩個P型電場屏蔽區(5)內；去除光刻膠和掩膜層；

A25、采用熱氧化或CVD淀積，在刻蝕出的槽的槽壁和槽底上生長一層柵氧化層(13)；淀積多晶硅柵(12)、光刻后刻蝕掉槽以外區域的多晶硅，得到初步的MOS管。