[发明专利]具有部分碳化硅材料/硅材料异质结的U-MOSFET及其制作方法

权利要求书

1.一种具有部分碳化硅材料/硅材料异质结的U-MOSFET，包括：

N+型衬底(10)；

位于N+型衬底(10)上表面的N型外延层；

在N型外延层上部左、右两端区域分别形成的P型基区(7)；P型基区(7)中形成沟道以及N+型源区(2)和P+沟道衬底接触(1)；

源极(5)，覆盖P+沟道衬底接触(1)与N+型源区(2)相接区域的上表面；两处源极(5)共接；

漏极(11)，位于所述N+型衬底(10)下表面；

其特征在于：

所述N+型衬底(10)采用碳化硅材料；

所述N型外延层由两部分构成：一部分为凹字型结构的N型碳化硅外延层(8)，位于所述N+型衬底(10)上表面中间区域；另一部分为两处N型硅外延层(9)，分别位于所述N+型衬底(10)上表面左、右两端区域，相应与所述N型碳化硅外延层(8)的侧面邻接；两处P型基区(7)相应形成于两处N型硅外延层(9)的上部；

所述N型硅外延层(9)的厚度大于N型碳化硅外延层(8)的厚度，整体构成凹槽结构，该凹槽以所述凹字型结构的凹部为底，凹槽深度大于P型基区(7)与N型硅外延层(9)之间PN结的深度，所述凹槽内填充形成栅极(3)，在栅极(3)与凹槽内壁之间设置有栅氧化层(6)；栅极(3)的上表面覆盖有钝化层(4)；

所述N型碳化硅外延层(8)和N型硅外延层(9)的厚度和掺杂浓度由器件的耐压要求决定，其中，N型碳化硅外延层(8)和N型硅外延层(9)的掺杂浓度低于N+型衬底(10)的掺杂浓度。

2.根据权利要求1所述的具有部分碳化硅材料/硅材料异质结的U-MOSFET，其特征在于：两处源极(5)通过覆盖于钝化层(4)上表面的同材料金属连成一体。

3.根据权利要求1所述的具有部分碳化硅材料/硅材料异质结的U-MOSFET，其特征在于：所述凹字型结构是通过部分刻蚀形成的，N型外延层左右两边刻蚀延伸到N+型衬底(10)上表面，中间部分刻蚀深入到N型碳化硅外延层(8)内，N型碳化硅外延层(8)顶部的刻蚀深度L_n为0.5μm～2μm。

4.根据权利要求1所述的具有部分碳化硅材料/硅材料异质结的U-MOSFET，其特征在于：所述N型硅外延层(9)是通过异质外延技术或键合技术在N+型衬底(10)和N型碳化硅外延层(8)上表面形成的；所述P型基区(7)及其N+型源区(2)和P+沟道衬底接触(1)，是在N型硅外延层(9)上部采用离子注入技术形成的。

5.根据权利要求1所述的具有部分碳化硅材料/硅材料异质结的U-MOSFET，其特征在于：所述N型硅外延层(9)和N型碳化硅外延层(8)的掺杂浓度比N+型衬底(10)的掺杂浓度小4-6个数量级。

6.根据权利要求1所述的具有部分碳化硅材料/硅材料异质结的U-MOSFET，其特征在于：所述N型硅外延层(9)的掺杂浓度为1×10¹⁵～3×10¹⁵cm^-3，N型碳化硅外延层(8)的掺杂浓度为3×10¹⁵～6×10¹⁵cm^-3。

7.根据权利要求1所述的具有部分碳化硅材料/硅材料异质结的U-MOSFET，其特征在于：所述凹槽底部与所述PN结之间的高度差L_m为2μm～4μm。

8.根据权利要求1所述的具有部分碳化硅材料/硅材料异质结的U-MOSFET，其特征在于：所述凹槽侧面到N型碳化硅外延层(8)侧面的距离W_n为0.5μm～2μm。

9.根据权利要求1所述的具有部分碳化硅材料/硅材料异质结的U-MOSFET，其特征在于：所述栅极(3)为多晶硅栅极，所述源极(5)为金属化源极，漏极(11)为金属化漏极。

10.一种制作权利要求1所述的具有部分碳化硅材料/硅材料异质结的U-MOSFET的方法，包括以下步骤：

1)在碳化硅的N+型衬底(10)的上表面外延形成N型碳化硅外延层(8)；

2)在N+型衬底(10)下表面形成金属化漏极(11)；

3)采用部分刻蚀技术对N型碳化硅外延层(8)进行部分刻蚀，左右两边刻蚀延伸到N+型衬底(10)上表面；

4)在N+型衬底(10)和N型碳化硅外延层(8)上表面异质外延生长或利用键合技术形成N型硅外延层(9)；

5)在N型硅外延层(9)上部的左、右两端区域采用离子注入技术形成P型基区(7)以及N+型源区(2)和P+沟道衬底接触(1)，并在两处N+型源区(2)之间的区域刻蚀形成凹槽，凹槽延伸到N型碳化硅外延层(8)中，满足凹槽深度大于P型基区(7)与N型硅外延层(9)之间PN结的深度，凹槽底部深入N型碳化硅外延层(8)内部，凹槽的宽度小于N型碳化硅外延层(8)的宽度，在凹槽内壁淀积栅氧化层(6)；

6)采用局部氧化技术在凹槽内壁淀积形成栅氧化层(6)，并淀积多晶硅，然后刻蚀多晶硅以及栅氧化层，形成多晶硅栅极(3)；

7)在器件表面淀积钝化层(4)，并在对应于源极的位置刻蚀接触孔；

8)在接触孔内淀积金属并刻蚀形成源极，形成覆盖整个P型基区(7)以及钝化层(4)上表面的源极一体结构。