[發明專利]碳化硅功率金屬氧化物半導體場效應晶體管及其制備方法

有效

• 申請號: 202211118851.7
• 申請日: 2022-09-15
• 公開（公告）號: CN115440822B
• 公開（公告）日: 2023-08-22
• 發明（設計）人: 李振道;孫明光
• 申請（專利權）人: 江蘇應能微電子股份有限公司
• 主分類號: H01L29/78
• 分類號: H01L29/78;H01L29/165;H01L21/336
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了碳化硅功率金屬氧化物半導體場效應晶體管及其制備方法，碳化硅功率金屬氧化物半導體場效應晶體管，包括N型碳化硅外延層、鋁P阱、N型純硅外延層、第一硼P阱、第二硼P阱、柵極氧化層、多晶硅層、介電質層以及源極金屬層，本發明的有益效果是：本發明在碳化硅外延片上將純硅外延，下方碳化硅外延保有其耐高電場的優勢，因此維持高壓而低外延電阻的特性，上方純硅的外延用以生長柵極氧化層以增加其穩定性及可靠度，純硅在通道處的載子移動率并不像碳化硅容易受極性面影響，所以可明顯的減少其通道阻值，此結構可同時將二材料特性做有效互補。

技術領域

本發明涉及場效應晶體管技術領域，具體為碳化硅平面式功率金屬氧化物半導體場效應晶體管。

背景技術

隨著全球科技的進步，5G、電動車及高速操作數件正急速的開發，為了應付這些科技產品在效能，過去以純硅材料為主的功率組件已不能滿足其要求，功率組件開始朝著第三代寬能帶半導體以尋求其所需，對碳化硅材料而言，其耐高溫、高壓、高電流等特性都比純硅材料來得更強更穩定，可謂是目前可預期的明日之星，也是目前學界及業界爭相研究的對象。

近年來碳化硅的研究不在少數，除了長晶的固難度及碳化硅本身的高成本外，仍有許多制程的問題需要克服，以碳化硅功率金屬氧化物半導體場效晶體管(SiCMOSFET)而言，柵極氧化缺陷及不均勻性就是一大難題，而平面式的功率金屬氧化物半導體場效晶體管因為碳化硅極性面還存在著高通道電阻的問題，同樣以溝槽式的功率金屬氧化物半導體場效晶體管也有著溝槽下方角落高電場的集中性須避免。

發明內容

本發明的目的在于提供碳化硅平面式功率金屬氧化物半導體場效應晶體管，以解決上述背景技術中提出的問題。

為實現上述目的，本發明提供如下技術方案：碳化硅功率金屬氧化物半導體場效應晶體管，包括?N?型碳化硅外延層、鋁?P?阱、N?型純硅外延層、第一硼?P?阱、第二硼?P阱、柵極氧化層、多晶硅層、介電質層以及源極金屬層，所述?N?型碳化硅外延層內頂部兩側各設有一個鋁?P?阱，所述?N?型碳化硅外延層外頂部設有源極金屬層，所述源極金屬層和N?型碳化硅外延層之間設有介電質層，所述介電質層底部部分設有柵極氧化層，所述介電質層底部部分設

有多晶硅層，所述柵極氧化層兩側均設有第一硼?P?阱，所述第一硼?P?阱相對兩端底部均連接有第二硼?P?阱，所述第二硼?P?阱和?N?型碳化硅外延層內頂部的鋁?P?阱接觸，所述第一硼?P?阱和?N?型碳化硅外延層之間設有?N?型純硅外延層。

進一步地，所述鋁P?阱以鋁所注入而成，整體濃度為?1～4?乘?10?的?14?次方atoms/cm2。

進一步地，所述?N?型純硅外延層高度為?3-7um。

進一步地，所述第一硼?P?阱和第二硼P?阱為硼所注入而成，整體濃度為?1～3?乘10?的?13?次方?atoms/cm2。

進一步地，所述柵極氧化層厚度為?0.05-0.15um。進一步地，所述多晶硅層高度為2-3um。

進一步地，所述介電質層高度為?0.5-1um。進一步地，所述源極金屬層高度為?3-4um。

碳化硅功率金屬氧化物半導體場效應晶體管的制備方法，包括以下步驟：s1、在碳化硅外延片以一層光刻定義離子注入區域后，以鋁離子注入工

藝并經過?1500℃-1700℃高溫氮氣處理后完成?P-阱區；

s2?、以?1000?℃?-1200?℃?的長晶工藝完成純硅外延片后，?硼離子以600keV-800keV?的能量注入進入純硅外延片內；

s3、再以一道光刻定義區域后，硼離子再次以?800keV-1200keV?的能量注入進入純硅外延片內；

s4、一層光刻加以干蝕刻工藝在純硅上刻蝕出柵極溝槽；