[發明專利]一種可調節閾值電壓的平面型碳化硅MOSFET及其制備方法

有效

• 申請號: 202210244830.3
• 申請日: 2022-03-14
• 公開（公告）號: CN114361242B
• 公開（公告）日: 2022-06-14
• 發明（設計）人: 李翔;吳文杰;何浩祥;劉毅
• 申請（專利權）人: 芯眾享（成都）微電子有限公司
• 主分類號: H01L29/06
• 分類號: H01L29/06;H01L29/78;H01L21/336
• 代理公司: 成都鼎勝專利代理事務所(普通合伙) 51356
• 代理人: 李想

本發明公開了一種可調節閾值電壓的平面型碳化硅MOSFET及其制備方法，屬于半導體的技術領域，該平面型碳化硅MOSFET通過將N+區在柵極下的邊緣部分的摻雜濃度降低，以在N+區邊緣形成一個低注入劑量區，同時，該平面型碳化硅MOSFET的制備方法，其通過在傳統的高劑量N+注入步驟前，增加一次低劑量自對準注入，進而在N+區邊緣形成一個低注入劑量區，進而降低在低柵壓下的源漏電流，以實現從技術上提高閾值電壓，同時又不顯著影響器件的導通電阻，解決了目前面臨閾值電壓和導通電阻相矛盾的問題。

技術領域

本發明屬于半導體的技術領域，具體而言，涉及一種可調節閾值電壓的平面型碳化硅MOSFET及其制備方法。

背景技術

碳化硅是一種新的半導體材料，和之前的硅以及砷化鎵等主要半導體材料相比，具有禁帶寬度大、電場強度高、導熱性好等特點，特別適合高壓（大于600V)高頻功率器件。碳化硅MOSFET在近年來，開始替代傳統的硅IGBT器件，其中，平面型（Planar）碳化硅MOSFET由于工藝簡單，出現較早，積累的應用經驗較多而得到比較廣泛的應用。如圖1所示，其是一個典型的平面型碳化硅MOSFET剖面的相關結構示意圖。

圖1為典型的平面型碳化硅MOSFET剖面的相關結構，其結構中主要包括N-，P井，N+，柵氧和多晶硅柵，其中，令AB為溝道兩端，則AB間距即為溝道長度。

但是，與硅IGBT相比，目前平面型碳化硅MOSFET還存在一些問題。其中，閾值電壓（Vth) 和工作電壓相比較低是比較突出的問題，閾值電壓在原理上是MOSFET器件開啟（從高阻變為低阻）時的柵極電壓。從技術上，一般定義為漏極和柵極短接的情況下，增加柵壓直到源漏電流到達某個毫安量值（比如：10毫安）時為止，此時的柵極電壓即為閾值電壓。目前對于典型的幾十m?的平面型Mosfet，額定閾值電壓的低限可達2.5V。由于平面型碳化硅MOSFET的溝道遷移率還不理想，因此，在應用中往往需要加比較高的柵極電壓（Vg，20V以上）才能得到較低的導通電阻（Rdson，典型值為幾十m?)，因此，產生柵極驅動電壓噪音水平也較高。在另一方面，為了降低導通電阻，關鍵的柵極結構的設計參數有：

1）柵氧厚度越低越好（目前為50nm左右）；

2）P井在溝道深度的注入濃度越低越好；

3）溝道長度越短越好（目前為0.5um左右，但是這些要求都會導致閾值電壓變低。）

因此，目前平面型碳化硅MOSFET器件所面臨的問題是閾值電壓和導通電阻的矛盾。

發明內容

鑒于此，為了解決現有技術存在的上述問題，本發明的目的在于提供一種可調節閾值電壓的平面型碳化硅MOSFET及其制備方法以達到在不顯著影響溝道的導通電阻的情況下，增加其閾值電壓的目的。

本發明所采用的技術方案為：一種可調節閾值電壓的平面型碳化硅MOSFET，其包括N-漂移區、P井、N+區和柵極層，所述P井內嵌于N-漂移區，N+區內嵌于P井內，且N-漂移區、P井和N+區的一側共同形成一平面，在平面上堆疊柵極層，柵極層下P井的上表面處設有溝道區；所述柵極層包括依次堆疊的柵氧和多晶硅柵極，還包括：

設于N+區兩側邊緣的低注入區，所述低注入區位于P井與N+區之間的交界處且低注入區所在區域不超過所述柵極層在N+區上方的覆蓋區域；

其中，所述低注入區的摻雜濃度低于N+區的摻雜濃度。

進一步地，所述N+區兩側的低注入區呈對稱布置。

進一步地，所述N+區采用氮或磷離子注入。

在本發明中還提供了一種可調節閾值電壓的平面型碳化硅MOSFET的制備方法，該制備方法是基于平面型碳化硅MOSFET制備工序中完成P井注入后，其包括：