CN115631997A - 提高耐压的横向沟槽型碳化硅mosfet的制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种提高耐压的横向沟槽型碳化硅MOSFET的制造方法，在碳化硅衬底上形成阻挡层，蚀刻形成沟槽；对沟槽进行氧化形成绝缘层；形成阻挡层，并对阻挡层蚀刻，淀积，形成多晶硅层；形成阻挡层，并对阻挡层蚀刻、离子注入，形成源区和漏区；形成阻挡层，蚀刻形成栅极区域，对栅极区域进行氧化形成栅极氧化层；形成阻挡层，蚀刻，淀积金属，形成源极金属层和漏极金属层；在碳化硅衬底上形成阻挡层，并对阻挡层蚀刻形成通孔，对栅极氧化层刻蚀到多晶硅层；进行金属淀积，形成栅极金属层，并清除所有阻挡层；结构简单，制造工艺也简单，成本较低，有效控制器件成本的情况下，在100‑650V电压领域完成碳化硅器件的应用市场拓展。
Description
技术领域
本发明涉及一种提高耐压的横向沟槽型碳化硅MOSFET的制造方法。
背景技术
SiC器件碳化硅(SiC)材料因其优越的物理特性，广泛受到人们的关注和研究。其高温大功率电子器件具备输入阻抗高、开关速度快、工作频率高、耐高温高压等优点，在开关稳压电源、高频加热、汽车电子以及功率放大器等方面取得了广泛应用。
但是其在横向器件中的研究较少，尤其是具备高耐压特性的横向器件。要实现SiCMOSFET在小的横向尺寸下提高耐压，提高器件密度是SiCMOSFET一个重要发展方向，现有的横向碳化硅MOSFET耐压均在几十伏特内，其使用范围小，并且现有的横向碳化硅MOSFET的尺寸比较大，占用空间较大。
发明内容
本发明要解决的技术问题，在于提供一种提高耐压的横向沟槽型碳化硅MOSFET的制造方法，结构简单，制造工艺也简单，成本较低，有效控制器件成本的情况下，可以在100-650V电压领域完成碳化硅器件的应用市场拓展。
本发明是这样实现的：一种提高耐压的横向沟槽型碳化硅MOSFET的制造方法，包括如下步骤：
步骤1：在碳化硅衬底上形成阻挡层，并对阻挡层蚀刻形成通孔，通过通孔对碳化硅衬底进行刻蚀，形成沟槽；
步骤2：对沟槽进行氧化，形成绝缘层；
步骤3：在碳化硅衬底上形成阻挡层，并对阻挡层蚀刻形成通孔，通过通孔对沟槽进行淀积，形成多晶硅层；
步骤4：在碳化硅衬底上形成阻挡层，并对阻挡层蚀刻形成通孔，通过通孔进行离子注入，形成源区和漏区；
步骤5：在碳化硅衬底上形成阻挡层，并对阻挡层蚀刻形成栅极区域，对栅极区域进行氧化，形成栅极氧化层；
步骤6：在碳化硅衬底上形成阻挡层，并对阻挡层蚀刻形成通孔，通过通孔对源区和漏区淀积金属，形成源极金属层和漏极金属层；
步骤7：在碳化硅衬底上形成阻挡层，并对阻挡层蚀刻形成通孔，对栅极氧化层刻蚀到多晶硅层；
步骤8：进行金属淀积，形成栅极金属层，并清除所有阻挡层。
进一步地，所述绝缘层为二氧化硅。
本发明的优点在于：
本发明MOSFET的栅结构为沟槽型，导电沟道为横向；其源极金属层和漏极金属层是相互对称的，在电路结构应用中可以互换；该MOSFET的横向耐压特性从SiC pn结转化为了二氧化硅，使得不再需要PN结，因为二氧化硅临界击穿场强为5*108V/m，是SiC的200倍，所以只要很小的厚度就可以实现耐压特性，使得MOSFET的尺寸减少，降低成本。并且该SiCMOSFET器件可以在集成电路工艺中实现，具备可集成的特性。
附图说明
下面参照附图结合实施例对本发明作进一步的说明。
图1是本发明一种集成栅保护机制的平面栅碳化硅MOSFET的制造方法流程图一。
图2是本发明一种集成栅保护机制的平面栅碳化硅MOSFET的制造方法流程图二。
图3是本发明一种集成栅保护机制的平面栅碳化硅MOSFET的制造方法流程图三。
图4是本发明一种集成栅保护机制的平面栅碳化硅MOSFET的制造方法流程图四。
图5是本发明一种集成栅保护机制的平面栅碳化硅MOSFET的制造方法流程图五。
图6是本发明一种集成栅保护机制的平面栅碳化硅MOSFET的制造方法流程图六。
图7是本发明一种集成栅保护机制的平面栅碳化硅MOSFET的制造方法流程图七。
图8是本发明一种集成栅保护机制的平面栅碳化硅MOSFET的制造方法流程图八。
图9是本发明一种集成栅保护机制的平面栅碳化硅MOSFET的制造方法流程图九。
图10是本发明一种集成栅保护机制的平面栅碳化硅MOSFET的原理示意图。
具体实施方式
请参阅图1至10所示，本发明一种提高耐压的横向沟槽型碳化硅MOSFET的制造方法，包括如下步骤：
步骤1：在碳化硅衬底1上形成阻挡层a，并对阻挡层a蚀刻形成通孔，通过通孔对碳化硅衬底1进行刻蚀，形成沟槽11；
步骤2：对沟槽11进行氧化，形成绝缘层111，所述绝缘层111为二氧化硅；
步骤3：在碳化硅衬底1上形成阻挡层a，并对阻挡层a蚀刻形成通孔，通过通孔对沟槽11进行淀积，形成多晶硅层1111；
步骤4：在碳化硅衬底1上形成阻挡层a，并对阻挡层a蚀刻形成通孔，通过通孔进行离子注入，形成源区13和漏区12；
步骤5：在碳化硅衬底1上形成阻挡层a，并对阻挡层a蚀刻形成栅极区域，对栅极区域进行氧化，形成栅极氧化层b；
步骤6：在碳化硅衬底1上形成阻挡层a，并对阻挡层a蚀刻形成通孔，通过通孔对源区13和漏区12淀积金属，形成源极金属层3和漏极金属层2；
步骤7：在碳化硅衬底1上形成阻挡层a，并对阻挡层a蚀刻形成通孔，对栅极氧化层b刻蚀到多晶硅层1111；
步骤8：进行金属淀积，形成栅极金属层4，并清除所有阻挡层a。
请参阅图10所示，上述MOSFET的结构，包括：
碳化硅衬底1，所述碳化硅衬底1上设有沟槽11，所述沟槽内11设有绝缘层111，所述绝缘层111内设有多晶硅层1111；所述碳化硅衬底1上设有漏区12以及源区13，所述漏区12连接至所述绝缘层111，所述源区13连接至所述绝缘层111，所述绝缘层111为二氧化硅；
漏极金属层2，所述漏极金属层2连接至所述漏区12；
源极金属层3，所述源极金属层3连接至所述源区13；
以及，栅极金属层4，所述栅极金属层4连接至所述多晶硅层1111；源极金属层3和漏极金属层2是互相对称的，在电路结构应用中可以实现源极金属层3和漏极金属层2的互换使用，所述栅极金属层4一侧连接至所述绝缘层111，所述源极金属层3一侧连接至所述绝缘层111。
该MOSFET栅极结构为沟槽型，导电沟道为横向，现有的SiC功率器件纵向器件目标应用领域主要集中在900V及以上，没有关注在100-650V范围的，所以沟槽型横向器件是不存在沟槽性栅结构，本发明首次在横向器件中引入了沟槽型栅结构，本发明MOSFET在关断期间，其横向耐压主要靠绝缘层来承受，而绝缘层采用二氧化硅，二氧化硅临界击穿场强为5*108V/m，是SiC的200倍，很薄的二氧化硅就可以承受SiC 200倍厚度的电压，所以横向尺寸很小就能实现高的耐压；使得本发明结构中不使用传统的PN结耐压结构，使得耐压材料结构变化；并且，该器件为横向器件，既可以做传统的单片功率器件，也可以实现集成电路的工艺集成，具备可集成特性，可以使用在ACDC电源领域、DCDC电源领域、两相电或三相电充电器领域、低压民用领域以及航天电源领域
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是熟悉本技术领域的技术人员应当理解，我们所描述的具体的实施例只是说明性的，而不是用于对本发明的范围的限定，熟悉本领域的技术人员在依照本发明的精神所作的等效的修饰以及变化，都应当涵盖在本发明的权利要求所保护的范围内。
Claims (2)
1.一种提高耐压的横向沟槽型碳化硅MOSFET的制造方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1：在碳化硅衬底上形成阻挡层，并对阻挡层蚀刻形成通孔，通过通孔对碳化硅衬底进行刻蚀，形成沟槽；
步骤2：对沟槽进行氧化，形成绝缘层；
步骤3：在碳化硅衬底上形成阻挡层，并对阻挡层蚀刻形成通孔，通过通孔对沟槽进行淀积，形成多晶硅层；
步骤4：在碳化硅衬底上形成阻挡层，并对阻挡层蚀刻形成通孔，通过通孔进行离子注入，形成源区和漏区；
步骤5：在碳化硅衬底上形成阻挡层，并对阻挡层蚀刻形成栅极区域，对栅极区域进行氧化，形成栅极氧化层；
步骤6：在碳化硅衬底上形成阻挡层，并对阻挡层蚀刻形成通孔，通过通孔对源区和漏区淀积金属，形成源极金属层和漏极金属层；
步骤7：在碳化硅衬底上形成阻挡层，并对阻挡层蚀刻形成通孔，对栅极氧化层刻蚀到多晶硅层；
步骤8：进行金属淀积，形成栅极金属层，并清除所有阻挡层。
2.如权利要求1所述的一种提高耐压的横向沟槽型碳化硅MOSFET的制造方法，其特征在于，所述绝缘层为二氧化硅。
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