[发明专利]一种碳化硅UMOSFET功率器件及其制备方法

说明书

本发明公开了一种碳化硅UMOSFET功率器件及其制备方法，其器件结构包括从下到上依次包括漏电极、N+衬底层、N‑漂移层、N+电流扩散层、P型掺杂层、源区层、两个源电极；两个所述源电极之间设有源区接触层，所述源区接触层的底端设有栅电极，所述栅电极的外壁上包裹有栅极介质，所述栅极介质依次贯穿所述N+电流扩散层、P型掺杂层、源区层，所述栅极介质镶嵌在N‑漂移层的顶端。本发明通过在材料生长时改变掺杂气体流量，外延自下而上掺杂浓度渐变的漂移层，达到提高器件击穿电压并保持低导通电阻的目的，最终实现高性能器件的制备。

技术领域

本发明涉及微电子技术领域，具体来说，涉及一种碳化硅UMOSFET功率器件及其制备方法。

背景技术

碳化硅是一种宽禁带半导体材料，具有禁带宽度大、电子饱和速率高、击穿场强高以及热导率高的优点，在高频、高温、大功率电子器件中有广泛的应用前景。在功率电子领域中，碳化硅MOSFET器件具有栅极驱动简单、开关时间短、功率密度大、转换效率高等特点，在电子电力系统中已被广泛应用。

从结构上来说，碳化硅MOSFET主要分为两类，一类是双注入型MOSFET(VDMOSFET)，另一类是槽栅MOSFET(UMOSFET)。VDMOSFET的基区和源区采用离子注入工艺，容易造成晶格损伤，降低界面质量，同时在栅氧层下方存在JEFT(结型场效应晶体管，JunctionField-EffectTransistor)区，这使得器件导通电阻很大，影响器件的性能。UMOSFET具有垂直的沟道，消除了器件的JEFT电阻，导通电阻比VDMOSFET在同等条件下有明显的降低。另外，UMOSFET的沟道区和源区通过外延生长形成，避免了离子注入对材料的损伤，更进一步降低了器件的导通电阻。

但是碳化硅UMOSFET中，由于碳化硅具较大的介电常数和很高的击穿电场，但是SiO₂的介电常数较小，只有碳化硅的2/5，根据高斯定理SiO₂层需要承受的电场强度约为碳化硅的2.5倍左右，导致SiO₂/SiC界面电场非常强，等电位线在栅槽拐角处存在电场集中效应，导致栅氧层介质最大电场峰值变高，容易使栅氧结介质层提前发生击穿，降低器件的可靠性。

因此需要提供一种新型碳化硅UMOSFET结构，改善UMOSFET器件性能，提高击穿电压。

发明内容

针对相关技术中的问题，本发明提出一种碳化硅UMOSFET功率器件，以解决上述背景技术中提出的问题。

为了实现上述技术目的，本发明的技术方案是这样的：

设计一种碳化硅UMOSFET功率器件，其结构从下到上依次包括漏电极、N+衬底层、N- 漂移层、N+电流扩散层、P型掺杂层、源区层、两个源电极；两个所述源电极之间设有源区接触层，所述源区接触层的底端设有栅电极，所述栅电极的外壁上包裹有栅极介质，所述栅极介质依次贯穿所述N+电流扩散层、P型掺杂层、源区层，所述栅极介质镶嵌在N- 漂移层的顶端。

进一步，所述N-漂移层为掺杂浓度渐变的漂移层，且掺杂浓度自所述N+衬底层到N+电流扩散层方向逐渐增加，所述N-漂移层包含若干子层；所述子层数为3～10层，每层厚度可变。

进一步，所述栅极介质为SiO₂。

进一步，所述N-漂移层内掺杂有磷离子；所述N-漂移层中靠近N+衬底层一侧的磷离子浓度最高，所述N-漂移层中靠近N+电流扩散层一侧的磷离子浓度最低，所述磷离子的最高浓度为浓度为8×10¹⁵cm^-3～5×10¹⁶cm^-3，所述磷离子的最低浓度为1×10¹⁵cm^-3～5 ×10¹⁵cm^-3，所述N-漂移层的厚度为10um～20um。