[發(fā)明專利]一種碳化硅UMOSFET功率器件及其制備方法

在審

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• 申請日: 2021-02-25
• 公開（公告）號: CN113013229A
• 公開（公告）日: 2021-06-22
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 吳志明;鄒嫻;王偉平;孔麗晶;康俊勇;吳雅蘋;李煦
• 申請（專利權(quán)）人: 廈門大學(xué);廈門大學(xué)九江研究院
• 主分類號: H01L29/06
• 分類號: H01L29/06;H01L29/78;H01L21/336
• 代理公司: 北京紐樂康知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11210
• 代理人: 王珂

本發(fā)明公開了一種碳化硅UMOSFET功率器件及其制備方法，其器件結(jié)構(gòu)包括從下到上依次包括漏電極、N+襯底層、N?漂移層、N+電流擴散層、P型摻雜層、源區(qū)層、兩個源電極；兩個所述源電極之間設(shè)有源區(qū)接觸層，所述源區(qū)接觸層的底端設(shè)有柵電極，所述柵電極的外壁上包裹有柵極介質(zhì)，所述柵極介質(zhì)依次貫穿所述N+電流擴散層、P型摻雜層、源區(qū)層，所述柵極介質(zhì)鑲嵌在N?漂移層的頂端。本發(fā)明通過在材料生長時改變摻雜氣體流量，外延自下而上摻雜濃度漸變的漂移層，達到提高器件擊穿電壓并保持低導(dǎo)通電阻的目的，最終實現(xiàn)高性能器件的制備。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及微電子技術(shù)領(lǐng)域，具體來說，涉及一種碳化硅UMOSFET功率器件及其制備方法。

背景技術(shù)

碳化硅是一種寬禁帶半導(dǎo)體材料，具有禁帶寬度大、電子飽和速率高、擊穿場強高以及熱導(dǎo)率高的優(yōu)點，在高頻、高溫、大功率電子器件中有廣泛的應(yīng)用前景。在功率電子領(lǐng)域中，碳化硅MOSFET器件具有柵極驅(qū)動簡單、開關(guān)時間短、功率密度大、轉(zhuǎn)換效率高等特點，在電子電力系統(tǒng)中已被廣泛應(yīng)用。

從結(jié)構(gòu)上來說，碳化硅MOSFET主要分為兩類，一類是雙注入型MOSFET(VDMOSFET)，另一類是槽柵MOSFET(UMOSFET)。VDMOSFET的基區(qū)和源區(qū)采用離子注入工藝，容易造成晶格損傷，降低界面質(zhì)量，同時在柵氧層下方存在JEFT(結(jié)型場效應(yīng)晶體管，JunctionField-EffectTransistor)區(qū)，這使得器件導(dǎo)通電阻很大，影響器件的性能。UMOSFET具有垂直的溝道，消除了器件的JEFT電阻，導(dǎo)通電阻比VDMOSFET在同等條件下有明顯的降低。另外，UMOSFET的溝道區(qū)和源區(qū)通過外延生長形成，避免了離子注入對材料的損傷，更進一步降低了器件的導(dǎo)通電阻。

但是碳化硅UMOSFET中，由于碳化硅具較大的介電常數(shù)和很高的擊穿電場，但是SiO₂的介電常數(shù)較小，只有碳化硅的2/5，根據(jù)高斯定理SiO₂層需要承受的電場強度約為碳化硅的2.5倍左右，導(dǎo)致SiO₂/SiC界面電場非常強，等電位線在柵槽拐角處存在電場集中效應(yīng)，導(dǎo)致柵氧層介質(zhì)最大電場峰值變高，容易使柵氧結(jié)介質(zhì)層提前發(fā)生擊穿，降低器件的可靠性。

因此需要提供一種新型碳化硅UMOSFET結(jié)構(gòu)，改善UMOSFET器件性能，提高擊穿電壓。

發(fā)明內(nèi)容

針對相關(guān)技術(shù)中的問題，本發(fā)明提出一種碳化硅UMOSFET功率器件，以解決上述背景技術(shù)中提出的問題。

為了實現(xiàn)上述技術(shù)目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣的：

設(shè)計一種碳化硅UMOSFET功率器件，其結(jié)構(gòu)從下到上依次包括漏電極、N+襯底層、N- 漂移層、N+電流擴散層、P型摻雜層、源區(qū)層、兩個源電極；兩個所述源電極之間設(shè)有源區(qū)接觸層，所述源區(qū)接觸層的底端設(shè)有柵電極，所述柵電極的外壁上包裹有柵極介質(zhì)，所述柵極介質(zhì)依次貫穿所述N+電流擴散層、P型摻雜層、源區(qū)層，所述柵極介質(zhì)鑲嵌在N- 漂移層的頂端。

進一步，所述N-漂移層為摻雜濃度漸變的漂移層，且摻雜濃度自所述N+襯底層到N+電流擴散層方向逐漸增加，所述N-漂移層包含若干子層；所述子層數(shù)為3～10層，每層厚度可變。

進一步，所述柵極介質(zhì)為SiO₂。

進一步，所述N-漂移層內(nèi)摻雜有磷離子；所述N-漂移層中靠近N+襯底層一側(cè)的磷離子濃度最高，所述N-漂移層中靠近N+電流擴散層一側(cè)的磷離子濃度最低，所述磷離子的最高濃度為濃度為8×10¹⁵cm^-3～5×10¹⁶cm^-3，所述磷離子的最低濃度為1×10¹⁵cm^-3～5 ×10¹⁵cm^-3，所述N-漂移層的厚度為10um～20um。