CN117810088A - 一种纵向碳化硅器件的制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种纵向碳化硅器件的制作方法，包括：获取带有漂移层的碳化硅衬底，并在碳化硅衬底上淀积金属，形成漏极金属层，在漂移层上外延生长源区；在源区上形成阻挡层，并对阻挡层和源区蚀刻至漂移层，形成左右绝缘区，之后对左右绝缘区进行氧化，形成绝缘块；重新形成阻挡层，并对阻挡层和绝缘块蚀刻形成第一栅极绝缘区和第二栅极绝缘区，对第一栅极绝缘区和第二栅极绝缘区进行金属淀积，形成第一栅极金属层和第二栅极金属层；重新形成阻挡层，并对阻挡层蚀刻形成源极金属区，并对源极金属区进行金属淀积，形成源极金属层；去除阻挡层，完成制造，栅控能力强以及体二极管续流能力强。
Description
技术领域
本发明涉及一种纵向碳化硅器件的制作方法。
背景技术
碳化硅功率器件应用已经较为广泛，但是为了实现电力电子系统的高性能、高功率密度、低成本。
现有的碳化硅功率MOSFET存在栅控能力相对较弱的问题，因此，需要较高的栅极电压才能实现器件的完全导通；并且在碳化硅功率器件中的体二极管的续流能力弱，关断时浪涌电流可能会损坏器件。
发明内容
本发明要解决的技术问题，在于提供一种纵向碳化硅器件的制作方法，使得器件具备结构简单、制备工艺简单，栅控能力强、栅极驱动损耗小、关态损耗低以及体二极管续流能力强。
本发明是这样实现的：一种纵向碳化硅器件的制作方法，包括：
步骤1、获取带有漂移层的碳化硅衬底，并在碳化硅衬底上淀积金属，形成漏极金属层，在漂移层上外延生长源区；
步骤2、在源区上形成阻挡层，并对阻挡层和源区蚀刻至漂移层，形成左右绝缘区，之后对左右绝缘区进行氧化，形成绝缘块；
步骤3、重新形成阻挡层，并对阻挡层和绝缘块蚀刻形成第一栅极绝缘区和第二栅极绝缘区，对第一栅极绝缘区和第二栅极绝缘区进行金属淀积，形成第一栅极金属层和第二栅极金属层；
步骤4、重新形成阻挡层，并对阻挡层蚀刻形成源极金属区，并对源极金属区进行金属淀积，形成源极金属层；
步骤5、去除阻挡层，完成制造。
进一步地，所述碳化硅衬底N型衬底，其掺杂浓度为1×1015cm-3~8×1015cm-3，厚度为10-100nm；
进一步地，所述漂移层的掺杂浓度为1×1016cm-3~1×1017cm-3，厚度为1000-5000nm。
进一步地，所述p型源区的掺杂浓度为6×1019cm-3~5×1020cm-3，厚度为100-300nm。
进一步地，所述第一栅极绝缘层的厚度为100-500nm，所述第一栅极绝缘层的厚度为100-500nm，所述第一栅极绝缘区和第二栅极绝缘区的厚度均大于或等于所述源区的厚度。
本发明具有如下优点：其在不影响器件的反向耐压特性和电流能力的基础上可增加碳化硅纵向器件的栅控能力，减少器件的关断漏电，降低器件的栅极驱动电压，降低器件损耗关态损耗和驱动损耗。
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为本发明一种基于金刚石衬底的平面栅碳化硅MOSFET的制造方法的流程图。
图2为本发明一种基于金刚石衬底的平面栅碳化硅MOSFET的工序剖视图一。
图3为本发明一种基于金刚石衬底的平面栅碳化硅MOSFET的工序剖视图二。
图4为本发明一种基于金刚石衬底的平面栅碳化硅MOSFET的工序剖视图三。
图5为本发明一种基于金刚石衬底的平面栅碳化硅MOSFET的工序剖视图四。
图6为本发明一种基于金刚石衬底的平面栅碳化硅MOSFET的工序剖视图五。
图7为本发明一种基于金刚石衬底的平面栅碳化硅MOSFET的工序剖视图六。
图8为本发明一种基于金刚石衬底的平面栅碳化硅MOSFET的工序剖视图七。
图9为本发明一种基于金刚石衬底的平面栅碳化硅MOSFET的原理图。
具体实施方式
如图1至9所示，本发明提供一种纵向碳化硅器件的制作方法，包括：
步骤1、获取带有漂移层2的碳化硅衬底1，并在碳化硅衬底1上淀积金属，形成漏极金属层8，在漂移层2上外延生长源区21；
步骤2、在源区上形成阻挡层a，并对阻挡层a和源区21蚀刻至漂移层2，形成左右绝缘区b，之后对左右绝缘区进行氧化，形成绝缘块c；
步骤3、重新形成阻挡层a，并对阻挡层a和绝缘块c蚀刻形成第一栅极绝缘区3和第二栅极绝缘区4，对第一栅极绝缘区3和第二栅极绝缘区4进行金属淀积，形成第一栅极金属层5和第二栅极金属层6；
步骤4、重新形成阻挡层a，并对阻挡层a蚀刻形成源极金属区d，并对源极金属区d进行金属淀积，形成源极金属层7；
步骤5、去除阻挡层a，完成制造。
所述衬底为碳化硅N型衬底，其掺杂浓度为1×1015cm-3~8×1015cm-3，厚度为10-100nm，该掺杂浓度是为了提高器件漏极附近的耐压能力，厚度在该范围内，足够薄，又不会影响器件的漏极接触电阻，降低器件导通电阻。所述漂移层为碳化硅N型外延，其掺杂浓度为1×1016cm-3~1×1017cm-3，厚度为1000-5000nm，漂移层是器件的主要耐压结构，其厚度需要足够厚才能保证耐压能力，为了实现耐压和导通电阻的折衷，设置了对应的厚度以及掺杂浓度；在该厚度下，可以实现耐压600V的效果，在该掺杂浓度下保证导通电阻不会过大。所述p型源区的掺杂浓度为6×1019cm-3~5×1020cm-3，厚度为100-300nm，P型源区的掺杂浓度的选择主要是为了提高器件的栅控能力；所述第一栅极绝缘区和第二栅极绝缘区的厚度均大于或等于所述源区的厚度，通过厚度的选择与沟槽栅深度相匹配，提高栅控能力；掺杂浓度的设置可以使得电阻率降低，厚度的设置可以提高耐压能力。
所述第一栅极绝缘区和第二栅极绝缘区均为氧化形成的二氧化硅，第一栅极绝缘区和第二栅极绝缘区的厚度为100-500nm，该厚度既能保证栅氧的生长速度，又能保证器件的栅极耐压特性。
当第一栅极金属层和第二栅极金属层加正压时，在P型源区的两侧靠近第一栅极绝缘区和第二栅极绝缘区的部分向中间扩散形成导电沟道，由于导电沟道由第一栅极金属层和第二栅极金属层共同形成，所以只需要较低的栅极电压就能实现导电沟道的形成，实现器件低阻导电。由于器件在栅极零偏压条件下，器件导电路径完全由P型源区和漂移层构成的空间电荷区关断，所以其关态漏电小；并且第一栅极金属层和第二栅极金属层两侧同时对导电沟道控制，栅控能力强。
器件的P型源区和源极金属形成欧姆接触，P型源区和漂移层形成pn结，其中在器件体二极管续流时延电流沿着源极金属层、P型源区、漂移层、SiC衬底和漏极金属层流过，其与器件导通时的导电沟道相同，所以其体二极管的导通阻抗低，续流能力强；该器件结构简单，制备过程简单，能实现高性能和成本相对较低兼顾。
如图9所示，上述制造方法得到的碳化硅器件，包括：
一碳化硅衬底1，
一漂移层2，所述漂移层2连接至所述碳化硅衬底1的上侧面，所述漂移层2中部设有源区21；
一第一栅极绝缘区3，所述第一栅极绝缘区3底部连接至漂移层2，所述第一栅极绝缘区3右侧连接至源区21左侧；
一第二栅极绝缘区4，所述第二栅极绝缘区4底部连接至漂移层2，所述第二栅极绝缘区4左侧连接至所述源区21右侧；
第一栅极金属层5，所述第一栅极金属层5设于所述第一栅极绝缘区3内；
第二栅极金属层6，所述第二栅极金属层6设于所述第二栅极绝缘区4内；
源极金属层7，所述源极金属层7连接至所述源区21；
以及，漏极金属层8，所述漏极金属层8连接至所述碳化硅衬底1下侧面。
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 (5)
1.一种纵向碳化硅器件的制作方法，其特征在于，包括：
步骤1、获取带有漂移层的碳化硅衬底，并在碳化硅衬底上淀积金属，形成漏极金属层，在漂移层上外延生长源区；
步骤2、在源区上形成阻挡层，并对阻挡层和源区蚀刻至漂移层，形成左右绝缘区，之后对左右绝缘区进行氧化，形成绝缘块；
步骤3、重新形成阻挡层，并对阻挡层和绝缘块蚀刻形成第一栅极绝缘区和第二栅极绝缘区，对第一栅极绝缘区和第二栅极绝缘区进行金属淀积，形成第一栅极金属层和第二栅极金属层；
步骤4、重新形成阻挡层，并对阻挡层蚀刻形成源极金属区，并对源极金属区进行金属淀积，形成源极金属层；
步骤5、去除阻挡层，完成制造。
2.根据权利要求1所述的一种纵向碳化硅器件的制作方法，其特征在于，所述碳化硅衬底N型衬底，其掺杂浓度为1×1015cm-3~8×1015cm-3，厚度为10-100nm。
3.根据权利要求1所述的一种纵向碳化硅器件的制作方法，其特征在于，所述漂移层的掺杂浓度为1×1016cm-3~1×1017cm-3，厚度为1000-5000nm。
4.根据权利要求1所述的一种纵向碳化硅器件的制作方法，其特征在于，所述p型源区的掺杂浓度为6×1019cm-3~5×1020cm-3，厚度为100-300nm。
5.根据权利要求1所述的一种纵向碳化硅器件的制作方法，其特征在于，所述第一栅极绝缘层的厚度为100-500nm，所述第一栅极绝缘层的厚度为100-500nm，所述第一栅极绝缘区和第二栅极绝缘区的厚度均大于或等于所述源区的厚度。
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| US20080308838A1 (en) * | 2007-06-13 | 2008-12-18 | Mcnutt Ty R | Power switching transistors |
| CN115084247A (zh) * | 2022-08-22 | 2022-09-20 | 泰科天润半导体科技（北京）有限公司 | 一种双沟槽型碳化硅mosfet的制造方法 |
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