[发明专利]沟槽型碳化硅场效应晶体管及其制备方法

说明书

本发明涉及一种沟槽型碳化硅场效应晶体管及其制备方法。其在所述场效应晶体管的截面上，元胞沟槽包括元胞第一沟槽以及与所述元胞第一沟槽对应的元胞第二沟槽，第二导电类型屏蔽层上的第二导电类型槽间屏蔽连接柱伸入元胞第一沟槽与元胞第二沟槽之间，还包括与源极金属层电连接的槽间源极连接柱，所述槽间源极连接柱位于元胞第一沟槽与元胞第二沟槽间，源极金属层通过槽间源极连接柱能与第二导电类型槽间屏蔽连接柱电连接，以能使得源极金属层与第二导电类型屏蔽层电连接。本发明能提高碳化硅金属‑氧化物半导体场效应晶体管的可靠性，同时降低导通电阻、减小开关损耗，提高碳化硅金属‑氧化物半导体场效应晶体管的性能。

技术领域

本发明涉及一种场效应晶体管及其制备方法，尤其是一种沟槽型碳化硅场效应晶体管及其制备方法。

背景技术

碳化硅材料作为第三代宽禁带半导体材料的代表之一，基于碳化硅材料制作的高压功率器件较传统的硅器件具有优异的电、热性能，可以满足更苛刻的应用环境，被认为是大功率、高温及高频电力电子领域，如电源、光伏发电、电动汽车、航天航空等领域最有潜力的材料。基于过去几年电气性能、制造工艺和可靠性的改进，碳化硅功率金属-氧化物半导体场效应晶体管逐渐成熟。碳化硅功率金属-氧化物半导体场效应晶体管具有低的导通电阻、低的开关损耗和良好的开关性能，逐渐成为新一代主流低损耗的功率器件。

目前，碳化硅场效应晶体管的栅电极主要可分为两种类型：平面栅和沟槽栅。沟槽栅碳化硅场效应晶体管能消除平面栅中存在的JFET区，降低了器件的导通电阻，提高了沟道密度。然而，沟槽栅碳化硅场效应晶体管处于阻断状态时，栅极沟槽底部的外延层由于曲率效应导致高的电场强度。根据高斯定理，此时，栅极沟槽底部的氧化层会受到比碳化硅材料高近2.8倍的极端电场应力，从而导致栅极氧化层的质量退化和器件性能下降。对碳化硅U型沟槽栅场效应晶体管，可通过更圆滑的槽形底部结构来降低沟槽底部应力，从而提升器件的可靠性。但是U型沟槽的刻蚀难度较大，工艺较为复杂，底部很难形成圆滑的结构形貌。

另外，也可以在沟槽底部设置接地屏蔽层来提高可靠性，引入的屏蔽层能在外延层内拓宽空间电荷区，通过空间电荷区耐压能有效降低沟槽底部氧化层的电场强度，提高器件的可靠性。然而，接地屏蔽层会同时引入了新的JFET区，导致场效应管的导通电阻增加。屏蔽层的导电类型与外延层的导电类型相反，如外延层为N型，则屏蔽层为P型。

综上，现有技术中，制备碳化硅金属-氧化物半导体场效应晶体管时，存在沟槽底部因氧化层厚度不足或底部尖锐边角处氧化层覆盖不足的情况，由此容易因电场集中产生栅极氧化层击穿，最终导致碳化硅金属-氧化物半导体场效应晶体管的栅极氧化层可靠性低的问题。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种沟槽型碳化硅场效应晶体管及其制备方法，其能提高碳化硅金属-氧化物半导体场效应晶体管的可靠性，同时降低导通电阻、减小开关损耗，提高碳化硅金属-氧化物半导体场效应晶体管的性能。

按照本发明提供的技术方案，所述沟槽型碳化硅场效应晶体管，包括第一导电类型碳化硅衬底、设置于所述第一导电类型碳化硅衬底正面上的第一导电类型碳化硅外延层以及用于形成源电极的源极金属层；在所述第一导电类型碳化硅外延层内设置若干元胞，所述元胞包括位于第一导电类型碳化硅外延层内的元胞沟槽；在所述元胞沟槽槽底的下方设置第二导电类型屏蔽层，所述第二导电类型屏蔽层包覆元胞沟槽的槽底；

在所述场效应晶体管的截面上，元胞沟槽包括元胞第一沟槽以及与所述元胞第一沟槽对应的元胞第二沟槽，第二导电类型屏蔽层上的第二导电类型槽间屏蔽连接柱伸入元胞第一沟槽与元胞第二沟槽之间，且第二导电类型槽间屏蔽连接柱与元胞第一沟槽、元胞第二沟槽相对应的侧壁接触；