[发明专利]SiC沟槽晶体管器件及其制造方法

说明书

根据半导体器件的实施例，器件包括形成在SiC衬底中并在第一方向上纵向平行延伸的栅极沟槽。第一导电类型的源极区的行形成在SiC衬底中并且在相对于第一方向为横向的第二方向上纵向平行延伸。在源极区的行下方的SiC衬底中形成与第一导电类型相反的第二导电类型的体区的行。在SiC衬底中形成第二导电类型的体接触区的行。体接触区的行在第二方向上纵向平行延伸。第二导电类型的第一屏蔽区在SiC衬底中形成得比体区的行更深。

背景技术

SiC MOSFET（金属氧化物半导体场效应晶体管）经受在SiC-SiO₂界面处的低电子迁移率，其是由于SiC的热氧化导致的碳相关界面缺陷所致。在SiC-SiO₂界面处的这种带电点缺陷处的电子散射导致通常仅是大块（bulk）迁移率（例如，800cm²/Vs）的一小部分的迁移率（例如，5-50cm²/Vs）。而且，沿着11-20晶向（与平坦晶片平行）通常存在4°的离轴倾斜。4°的离轴倾斜是晶体生长的结果，且是无法避免的。由于这种倾斜，晶片表面不完全与（0001）晶体c平面重合，从而导致粗糙表面和沿11-20方向的阶梯（step）。离轴切割不仅是针对诸如具有在晶片表面处的MOS沟道的侧向（lateral）MOSFET和DMOSFET的平面技术的问题，而且还是针对沟槽MOSFET技术的问题。具有任意取向的竖直蚀刻沟槽通常具有两个具有不同粗糙度、性能和可靠性的侧壁，从而使得它难以将沟槽的两个侧壁用作高迁移率MOS沟道。

与SiC MOSFET相关联的另一个问题是，通常，只有栅极电介质被适当地保护，才可以使用SiC材料的高击穿场（通常为2 MV/cm）。如果SiC中的电场接近SiC的雪崩击穿场（2.2MV/cm），则栅极电介质中的电场可以增加到2.5倍。因此，SiC MOSFET通常以使得栅极电介质中的电场在所有工作条件下受限制的方式设计。这通常通过深p型注入来完成，其形成在栅极沟槽下方的JFET（结FET）状结构。然而，单元设计（cell design）也会影响导通电阻（Ron x A或Ron）。为了实现低导通电阻（Ron x A或Ron）和栅极电介质的良好屏蔽，单元设计应最大化有效沟道区，同时为栅极电介质提供足够保护。

因此，需要一种基于SiC的功率半导体器件，其具有使有效沟道区最大化同时为栅极电介质提供足够保护的单元设计。

发明内容

根据半导体器件的实施例，半导体器件包括：栅极沟槽，形成在SiC衬底中并在第一方向上纵向平行延伸；第一导电类型的源极区的行，形成在SiC衬底中并且在相对于第一方向为横向的第二方向上纵向平行延伸；与第一导电类型相反的第二导电类型的体区的行，形成在源极区的行下方的SiC衬底中；形成在SiC衬底中的第二导电类型的体接触区的行，体接触区的行在第二方向上纵向平行延伸；和第二导电类型的第一屏蔽区，其在SiC衬底中形成得比体区的行更深。

在一些实施例中，第二方向可以相对于第一方向为横向的但不与第一方向正交。

在一些实施例中，第一屏蔽区可以直接在体接触区下方形成和/或可以在第二方向上纵向平行延伸。体接触区的行可以与源极区的行交错和/或可以布置成挨着源极区的行。第一屏蔽区可以提供屏蔽栅极沟槽的栅极电介质免受高电场，该高电场例如在雪崩击穿时发生在半导体器件中。

在相对于SiC衬底的主表面为水平的平面中，每个源极区可以被成形为平行四边形，其具有由第一和第二方向限定且大于90度的第一对相对角、以及由第一和第二方向限定且小于90度的第二对相对角。

单独地或组合地，由第一和第二方向限定的每个第一对相对角可以是约135度，并且由第一和第二方向限定的每个第二对相对角可以是约45度。另外，或作为替选，第一方向和第二方向可以围出约45度的角。