[发明专利]一种新型碳化硅MOSFET器件及其制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种碳化硅半导体器件，尤其涉及一种新型碳化硅MOSFET器件及其制作方法。

背景技术

高压功率器件的耐压与器件漂移区（浓度较低的n型区域，通常用外延工艺形成）的厚度成正比例关系，而外延层厚度与材料的临界电场成反比例关系。由于碳化硅（SiC） 的大临界电场( 是Si 的10 倍)，这样应用较薄的外延层，就能实现器件的耐压要求，还可以实现更低的器件导通电阻。另一方面，碳化硅（SiC）材料具有大带隙（是Si的3倍）、高导热率（是Si的4倍）以及大电子饱和度（是Si的2倍）等特性，采用碳化硅作为形成半导体器件的材料与采用硅作为材料的半导体器件相比，其在高温环境下使用时特性降低的可能性更小，这使得碳化硅成为用于制造诸如MOSFET之类器件的更加理想材料。

常规碳化硅功率器件制作流程是先生长栅氧和多晶，光刻并刻蚀多晶，然后进行Pwell区的注入和扩散，由此形成的横向扩散区就是器件的沟道区，由于需要高温度、长时间的扩散工艺，才能形成所需要的沟道通道，这样的扩散工艺条件在一般的半导体FAB难以实现，或者需要大量资金投入以购买、改正新设备，这样不仅带来固定资金的大量投入，还极大的增加了工艺的不稳定性，因为在如此高的温度下，设备的稳定性不容易控制，另外一个不利的地方在于生产制造成本的增加。

传统碳化硅功率MOSFET器件应用多晶硅作为栅极材料，由于多晶硅的导电性（电阻率）是由磷掺杂工艺来决定，此工艺步骤之后的所有热工艺过程都会都它产生影响，结构是多晶硅的电阻率稳定性难以控制。在MOSFET和IGBT等器件结构中，栅极电阻与器件的动态开关特性有极大的关系，例如在器件导通过程中，栅极电阻越大，器件的开启速度就越慢，相应的导通时间就越长，从而导致器件的开通功耗就会越大，不仅造成转换功率的降低和能耗增加，能耗的增加会引起器件发热和参数退化，甚至损坏失效。

在通常碳化硅MOSFET和IGBT结构中，栅电极下面的介质层是一层与栅氧工艺同时生长的一层热氧化层，通常这层热氧化层都比较薄，原则是保证足够的栅源耐压，原因是由于在栅极氧化物与SiC衬底之间的界面具有大量的界面陷阱，这些界面陷阱以各种方式对沟道区的电子迁移产生影响。当前在SiC衬底的Si面上制造的SiC MOSFET已显示出极低的反型层迁移率，这比期望的迁移率值要低两个数量级，但是若要加厚这层氧化层，则会产生更多的界面陷阱，上述迁移率低的问题就会更加严重。

中国专利授权公告号：CN102227000A，授权公告日：2011年10月26日，公开了一种基于超级结的碳化硅MOSFET器件及制备方法，它包括栅极、二氧化硅氧化物介质、源极、N+源区、P+接触区、P阱、JFET区、N-外延层、N+衬底和漏极，N-外延层的两侧且在P阱的正下方设有厚度为0.5~5um，铝离子掺杂浓度为5×10¹⁵~1×10¹⁶cm^-3的P^-基，以使P阱和JFET区拐点处的电场分布更加均匀，提高器件的击穿电压，该发明专利主要解决现有技术中碳化硅MOSFET器件在低通电阻时击穿电压难以提高的问题，然而其存在以下不足之处：制作流程是先生长栅氧和多晶，光刻并刻蚀多晶，然后进行Pwell区的注入和扩散，由此形成的横向扩散区就是器件的沟道区，由于需要高温度、长时间的扩散工艺，才能形成所需要的沟道通道，这样的扩散工艺条件在一般的半导体FAB难以实现，或者需要大量资金投入以购买、改正新设备，这样不仅带来固定资金的大量投入，还极大的增加了工艺的不稳定性，因为在如此高的温度下，设备的稳定性不容易控制，且其制造成本高。

发明内容

本发明是为了克服现有技术的不足之处，提供了一种新型碳化硅MOSFET器件及其制作方法，其改变了传统碳化硅功率MOSFET器件的工艺流程，避免了在栅氧之后的高温工艺过程，从而避免了阱区推进工艺对栅介质层或沟道区浓度的影响，改善了其对栅氧质量和器件参数的影响，改善了器件的动态特性和提高了器件的可靠性，并且降低了制造成本。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种新型碳化硅MOSFET器件的制作方法，包括以下步骤：

（1）. 提供一个碳化硅材料，所述碳化硅材料包括碳化硅衬底和在碳化硅衬底表面淀积形成的一层较薄的缓冲层以及位于缓冲层上的导电外延层；

（2）在所述碳化硅材料的上表面涂覆光刻胶，光刻、刻蚀，注入第一类杂质离子形成第一类杂质离子区；