[发明专利]一种沟槽型碳化硅MOSFET器件结构及其制备方法

说明书

本发明公开了一种沟槽型碳化硅MOSFET器件，其结构包括n型碳化硅衬底、位于衬底上方的n型碳化硅外延层、位于外延层顶部的沟槽栅、包裹于沟槽栅下部的氧化层，以及位于氧化层两侧且从上到下依次为n型源区、p型基区、p型沟槽保护区；一电流传输区，形成于氧化层的底部；n型源区及p型基区的上方形成有接触金属；沟槽栅的顶部为层间电介质层；所述层间电介质层的上方依次为金属pad和钝化层；器件的底部形成有漏极金属。本发明还公开了该器件的制备方法。该方法采用倾角注入形成沟槽保护区结构，在对沟槽底部栅氧形成有效保护的同时，最大程度的减少了沟槽保护区对导通电阻的影响，具有更低的电流传输区电阻。

技术领域

本发明涉及半导体器件技术领域，具体涉及一种沟槽型碳化硅MOSFET器件结构及其制备方法。

背景技术

沟槽型碳化硅MOSFET器件作为公认的下一代碳化硅功率半导体器件，相比于平面型器件具有更低的比导通电阻和导通压降。更小的器件面积也使得沟槽型碳化硅功率器件具有潜在的成本优势，一旦突破设计、制造和可靠性难题，沟槽型器件被认为将全面替代平面型器件。沟槽型碳化硅功率器件在设计方法、工艺等领域继承了平面型器件的核心技术，但又有其独特性。沟槽刻蚀工艺、沟槽氧化工艺、沟槽栅氧保护设计方法等技术难度较大。

碳化硅沟槽MOSFET最主要的问题是阻断状态下栅氧的高场强。为了保持碳化硅MOSFET器件的长期可靠性，阻断状态下栅氧的最高场强需要被限制在3MV/cm以下，而未加保护结构的碳化硅沟槽MOSFET阻断状态下栅氧场强常常达到8MV/cm以上，远远高于场强工作可靠性的要求。因此碳化硅沟槽MOSFET器件需要特殊的栅氧保护结构以避免阻断状态的栅氧击穿。

目前主流的碳化硅沟槽栅结构有罗姆公司推出的双沟槽结构，英飞凌公司推出的非对称沟槽结构，住友公司推出的V型栅沟槽结构，博世公司推出的深P基区沟槽结构以及日立公司推出的TED-MOS结构。这些结构均通过P型注入结合优化沟槽的结构，实现了阻断状态下栅氧的屏蔽，有效的保护了栅氧。但双沟槽结构，需要精细的线宽控制和沟槽深度控制；非对称沟槽结构牺牲了部分器件导通性能；V型沟槽结构需要在晶片C面上进行器件制备，需重新开发大量工艺；深P基区注入需使用MeV以上高能离子注入，高成本的同时也引入了缺陷风险；TED-MOS结构过于复杂，制造难度极大。

发明内容

本发明提出一种沟槽型碳化硅MOSFET器件结构及其制备方法，具有制备方法简单，栅氧保护效果强，导通性能好等特点，适合进行大规模生产。

在第一方面，本发明提出了一种沟槽型碳化硅MOSFET器件结构，包括：一n型高掺杂的碳化硅衬底(1)；一n型轻掺杂的碳化硅外延层(2)，位于所述碳化硅衬底(1)的上方；一沟槽栅(7)，位于所述碳化硅外延层(2)的顶部；一氧化层(6)，包裹于所述沟槽栅(7)的下部，且其两侧从上到下依次为n型高掺杂的源区(4)、p型基区(3)、p型沟槽保护区(8)；一电流传输区(5)，形成于氧化层(6)的底部及氧化层(6)与p型沟槽保护区(8)之间；所述源区(4)及p型基区(3)的表面及侧壁形成有接触槽，所述接触槽中填充接触金属(10)；所述沟槽栅(7)的顶部为层间电介质层(9)；所述层间电介质层(9)的上方依次为金属pad(11)和钝化层(12)；器件的底部形成有漏极金属(13)。

进一步地，所述氧化层(6)底部厚度为300nm至800nm，侧壁厚度为30nm至60nm。

在本发明的另一方面，本发明提出了一种沟槽型碳化硅MOSFET器件制备方法，包括：

S1、在碳化硅衬底上外延生长碳化硅外延层；

S2、在所述碳化硅外延层的顶部通过离子注入形成p型基区；

S3、在所述碳化硅外延层的顶部排布第一注入掩膜，通过离子注入形成n型源区；

S4、去除所述第一注入掩膜后，在所述碳化硅外延层的上方排布第一刻蚀掩膜，刻蚀形成碳化硅沟槽；