[發(fā)明專利]一種碳化硅槽柵功率MOSFET器件及制備方法

在審

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• 申請日: 2022-04-06
• 公開（公告）號: CN114744021A
• 公開（公告）日: 2022-07-12
• 發(fā)明（設計）人: 王穎;沈培;包夢恬;曹菲
• 申請（專利權）人: 杭州電子科技大學
• 主分類號: H01L29/06
• 分類號: H01L29/06;H01L21/336;H01L29/78
• 代理公司: 杭州君度專利代理事務所(特殊普通合伙) 33240
• 代理人: 楊舟濤

本發(fā)明提供了一種碳化硅槽柵功率MOSFET器件及制備方法。本發(fā)明使用n型柱包裹側壁p型柱構成一種側壁超結電場調(diào)制區(qū)來改善SiC功率槽柵MOSFET電學性能。本發(fā)明側壁超結電場調(diào)制區(qū)使得溝槽底部周圍電場均勻，從而起到了進一步緩解溝槽底部拐角處高場強，保護了柵氧化層。通過改變n型柱與柵極之間的距離，選取一組最優(yōu)距離使得擊穿電壓與比導通電阻之間很好地折中。并且由n型柱包裹層與側壁p型柱構成的側壁超結電場調(diào)制區(qū)具有的p?n結的面積較SiC全超結槽柵MOSFET結構小，從而導致新結構的柵?漏電荷Q_gd比傳統(tǒng)SiC全超結槽柵MOSFET結構的柵?漏電荷Q_gd略小。

技術領域

本發(fā)明涉及半導體技術領域，具體而言，涉及一種具有N型柱包裹P柱層的碳化硅槽柵功率MOSFET器件。

背景技術

隨著SiC功率MOSFET器件廣泛地應用于電力電子系統(tǒng)中，其可能需要應用于更加嚴苛的環(huán)境場合，如高溫、高壓、高頻、強輻照等。SiC功率MOSFET器件將面臨一系列可靠性問題，將阻礙SiC功率MOSFET器件及其功率系統(tǒng)的快速發(fā)展。其中，SiC功率MOSFET器件按照結構分布主要分為兩大類：橫向結構的MOSFET、縱向結構的MOSFET。相較于橫向結構的MOSFET而言，縱向結構中的槽柵MOSFET結構由于沒有JFET區(qū)，將降低器件比導通電阻。然而，槽柵MOSFET結構在器件阻斷時由于柵氧化層電場過高，影響器件的可靠性。因此，器件設計者應設計出新的結構來解決槽柵MOSFET結構柵氧化層高電場的問題，保證槽柵MOSFET器件可靠工作尤為重要。并且當SiC功率MOSFET器件工作于電力電子系統(tǒng)中的開關電路中時，SiC功率MOSFET器件長時間承受電應力使得寄生體二極管發(fā)生雙極退化，導致SiC功率MOSFET器件動態(tài)損耗過大，制約了SiC功率MOSFET器件高頻應用。針對在高頻工作下SiC功率MOSFET器件的動態(tài)損耗過大的可靠性問題，尤其是SiC功率MOSFET器件的比導通電阻與柵-漏電荷之間的折中關系。因此，急需設計低動態(tài)損耗的SiC功率MOSFET新型器件結構具有重要意義。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的主要目的在于提供一種具有N型柱包裹P柱層的碳化硅槽柵功率MOSFET器件結構，以解決現(xiàn)有技術中的碳化硅槽柵MOSFET器件結構在高壓情況下溝槽拐角處高電場問題。以及碳化硅槽柵MOSFET器件長時間承受電應力使得寄生體二極管發(fā)生雙極退化，導致SiC功率MOSFET器件動態(tài)損耗過大，制約了SiC功率MOSFET器件高頻應用的可靠性問題。

本發(fā)明一種具有N型柱包裹p柱層的碳化硅槽柵功率MOSFET器件結構，傳統(tǒng)全超結SiC槽柵MOSFET器件通過多外延生長，在n型漂移層上形成超結結構。而該結構特點主要包括p⁺-SiC埋層、n型電流擴散層(NCSL)、p型柱(p-pillar)和包裹p-pillar的n型柱(n-pillar)。通過在SF₆/O₂氣體環(huán)境中使用電感耦合等離子體刻蝕，在n型外延層上形成深條紋溝槽，進而構成一定厚度的n型柱。采用溝槽填充外延生長方法制備p型柱，在外延生長后，通過研磨和拋光將外延生長的晶片減薄至外延晶片初始厚度，使晶片表面變平，然后在表面平坦的晶片上生長一層n型電流擴散層(NCSL)。NCSL形成后，制造一定尺寸(兩p型柱之間的距離)的掩膜版對NCSL進行掩膜，并在掩膜版兩邊通過離子注入的形式生成兩側p⁺-SiC埋層區(qū)。

作為優(yōu)選，所述的在n型外延層上形成深條紋溝槽，進而構成一定厚度的n型柱的摻雜濃度為6.0×10¹⁶cm^-3，側邊厚度為24.0μm。

作為優(yōu)選，所述的在n型外延層上形成深條紋溝槽，進而構成一定厚度的n型柱的摻雜濃度為6.0×10¹⁶cm^-3，底部包裹厚度為1.0μm。

作為優(yōu)選，所述的溝槽填充外延生長方法制備一定厚度的p型柱的摻雜濃度為2.0×10¹⁶cm^-3，厚度為24.0μm。