[發明專利]一種耐高壓碳化硅器件及其制備方法

有效

• 申請號: 202210323319.2
• 申請日: 2022-03-30
• 公開（公告）號: CN114420761B
• 公開（公告）日: 2022-06-07
• 發明（設計）人: 王中健;曹遠迎
• 申請（專利權）人: 成都功成半導體有限公司
• 主分類號: H01L29/78
• 分類號: H01L29/78;H01L29/423;H01L21/336
• 代理公司: 成都四合天行知識產權代理有限公司 51274
• 代理人: 董斌

本發明公開了一種耐高壓碳化硅器件及其制備方法，所述耐高壓碳化硅器件包括：碳化硅襯底、設置在碳化硅襯底上的碳化硅外延層和設置在碳化硅襯底背面的漏極金屬電極，碳化硅外延層上依次設有阻斷注入區和源極注入區；碳化硅外延層上刻蝕有多個第一溝槽和第二溝槽；第一溝槽底部設有柵極保護區，第一溝槽表面生長有氧化層，氧化層上設有柵極多晶硅電極，柵極多晶硅電極上方覆蓋有絕緣層；第二溝槽底部設有耐壓注入區，第二溝槽設有多晶硅填充物；源極注入區和絕緣層上覆蓋有源極金屬電極，解決了現有技術存在的反向電壓低、工藝復雜的問題。

技術領域

本發明涉及半導體技術領域，具體涉及一種耐高壓碳化硅器件及其制備方法。

背景技術

碳化硅作為寬禁帶材料，可以實現較低的導通損耗，同時具有優異的耐高溫性和導熱特性，可滿足多種應用需求。碳化硅材料的高臨界場特性，使碳化硅功率器件與相同電壓下的常規硅器件相比，能有更高的摻雜濃度和更薄的漂移層厚度，從而實現更低的導通電阻。碳化硅MOSFET較低的開關損耗和較高的工作頻率，非常貼合電力電子的應用需求。

然而，由于SiO₂（柵氧化物）/ SiC（碳化硅）界面處的界面態密度高，碳化硅MOSFET器件存在溝道遷移率低的問題。同時，碳化硅器件由于其材料特性，較難實現深層離子注入，容易造成嚴重的晶格損傷。隨著技術成熟，應用市場所需的電壓平臺越來越高，現有技術的碳化硅器件耐壓結構設計不能滿足未來更高電壓條件下的功率器件應用。

發明內容

本發明提供了一種耐高壓碳化硅器件及其制備方法，解決了現有技術存在的反向電壓低、工藝復雜問題。

為了解決該技術問題，本發明提供了如下技術方案：

一種耐高壓碳化硅器件，包括：碳化硅襯底、設置在碳化硅襯底上的碳化硅外延層和設置在碳化硅襯底背面的漏極金屬電極，碳化硅外延層上依次設有阻斷注入區和源極注入區；碳化硅外延層上刻蝕有多個第一溝槽和第二溝槽；

第一溝槽底部設有柵極保護區，第一溝槽表面生長有氧化層，氧化層上設有柵極多晶硅電極，柵極多晶硅電極上方覆蓋有絕緣層；

第二溝槽底部設有耐壓注入區，第二溝槽設有多晶硅填充物；

源極注入區和絕緣層上覆蓋有源極金屬電極。

優選的，碳化硅襯底、碳化硅外延層、源極注入區、柵極多晶硅電極的摻雜類型為第一導電類型，阻斷注入區、耐壓注入區、柵極保護區、多晶硅填充物的摻雜類型為第二導電類型；第一導電類型為N型，第二導電類型為P型。

在柵極多晶硅電極上施加正壓即可實現器件的開啟。電子從源極金屬電極進入，從源極注入區開始進入器件，在阻斷注入區和氧化層界面上形成電子溝道，經過碳化硅外延層、碳化硅襯底以及漏極金屬電極形成導通。

優選的，碳化硅襯底、碳化硅外延層、源極注入區、柵極多晶硅電極的摻雜類型為第一導電類型，阻斷注入區、耐壓注入區、柵極保護區、多晶硅填充物的摻雜類型為第二導電類型；第一導電類型為P型，第二導電類型為N型。

在柵極多晶硅電極上施加負壓即可實現器件的開啟。空穴從源極金屬電極進入，從源極注入區開始進入器件，在阻斷注入區和氧化層界面上形成空穴溝道，經過碳化硅外延層、碳化硅襯底以及漏極金屬電極形成導通。

本發明還提供一種耐高壓碳化硅器件的制備方法，包括以下步驟：

S1，在碳化硅襯底上外延生長形成碳化硅外延層；

S2，在碳化硅外延層上通過離子注入形成阻斷注入區；

S3，在碳化硅外延層上通過離子注入形成源極注入區；

S4，在碳化硅外延層上表面通過介質薄膜沉積、光刻和刻蝕，形成圖形化掩膜氧化層，并通過刻蝕工藝分別形成第一溝槽和第二溝槽；