[发明专利]采用外延层阱工艺方案的SiC MOSFET器件

说明书

本发明公开了一种采用外延层阱工艺方案的SiC MOSFET器件，与传统的离子注入形成阱区的工艺相比，掺杂杂质分布的均匀性大大提升，因而进一步带来器件特性上的提高，突出表现在更好的开启电压均匀性，更好的导电通道电阻值的稳定性、可重复性，更低的沟道区噪声，等等，故此本发明方案的采用，就成为了SiC MOS器件生产制造中产品良率，片内片间的均匀性、可重复性等，本发明的有益效果为，采用外延的方式得到器件的基本结构，即阱区，因为阱区掺杂杂质的分布的均匀性得到了提升和保证，对于器件的正向和反向特性就都带来了益处；突出表现为SiC MOS器件具备更好的开启电压均匀性，更好的导电沟道的稳定性、可重复性，更低的噪声，更好的漏电和击穿特性。

技术领域

本发明涉及电子器件领域，具体涉及一种采用外延层阱工艺方案的SiC MOSFET器件。

背景技术

SiC是三代半导体材料之一，具有宽紧带，击穿电场高，载流子饱和迁移率高，热特性极佳等特性，材料属性上的这些特点，令该型材料尤其适合于制作高可靠性的半导体功率器件，并且有望在新能源的生产和输送，和节能环保的领域，得到重要的应用。

作为后起的器件，SiC MOS器件主要是仿Si功率MOS器件的工艺制程来进行制造的。MOS器件在构型上，一般分为平面栅和凹槽栅两种，在原始MOS结构的基础上，通过添加额外器件结构的方式，又可以引入分裂栅MOS器件，带寄生JFET的器件，带寄生二极管的器件，带测温二极管的器件，等等，以及附加底面的PN结结构后，做成IGBT(绝缘栅双极晶体管)器件。无论是以上哪种具体的结构形式，器件结构中的阱区，是半导体功率MOS的关键性的一环。对于Si工艺而言，通过离子注入加高温深扩散的步骤(高温扩散一般在1000℃左右)，可以很容易地得到阱(对于NMOS器件来说，是P型掺杂的阱)，并且技术指标能够得到很好保证。当前SiC MOS器件的制造，阱区也是采用这样的技术，但是又有所变化；由于SiC材料比Si材料更加“坚硬”(材料经带宽度更宽，Si-C键键能更强)，注入往往需要高温注入(在500℃下进行)，而注入后的退火激活要依赖更高的温度(例如，1500℃)，一般地由于设备设施和生产条件的原因，很难做到长时间的高温扩散了，因此高温工艺有，但不是长时间进行的；正是因为通常的生产制造条件下，杂质在SiC材料中无法形成明显可观的扩散，阱区杂质的分布，将主要取决于离子注入这一步，实际的阱区杂质的分布，在微观上是涨落起伏的，掺杂均匀性无法得到保证。如前所述，阱区的掺杂特性，对于MOS器件是关键性的一环，它决定着器件的开启电压等重要的电特性指标，因此需要从制造工艺的角度，来有效地解决MOS器件阱掺杂的均匀性的问题。

为了得到更好的阱中掺杂杂质分布的均匀性，本发明提出通过高温外延来形成阱区的方案。以NMOS器件为例(P沟MOS器件可类推)，具体的思路是，在N+/N-型SiC衬底晶圆的基础上，进行高温外延(一般在1500℃以上进行)，外延的同时进行P型杂质的掺杂，由此可形成均匀掺杂的P型SiC外延层(因为存在高温环境，工艺时间有比较充分，即便是原始的掺杂不甚均匀，则经历局部微扩散后，也就是从杂质从浓度高出移动到浓度低处，最终的掺杂将变得极为均匀，均匀性的工艺要求得到了保证)。

采用本发明的针对性的方案，阱区通过高温外延的方式形成，可以保证器件在阱区掺杂杂质的分布均匀，对于器件的正向和反向特性带来了相应的好处，突出表现为：SiCMOS器件具备更好的开启电压的稳定性，片内-片间测值的均匀性，更好的导电沟道品质及更低的沟道噪声，更好的漏电和击穿特性。

发明内容

本发明的技术方案，涉及到SiC MOS器件的结构和工艺制程步骤，以NMOS器件为例(P沟MOS器件可类推)，具体描述如下：

(1)取N+/N-掺杂的SiC衬底晶圆片(N+型在下，N-型在上，N-型构成功率器件的漂移区)，采用高温外延并同时进行掺杂的工艺步骤，制作出一层均匀性掺杂的P型SiC外延层来。