[发明专利]一种沟槽型碳化硅MOSFET器件及其制造方法与应用

说明书

本发明公开了一种沟槽型碳化硅MOSFET器件及其制造方法与应用，所述沟槽型碳化硅MOSFET器件从下到上依次包括n型碳化硅衬底、n型掺杂外延层、n型电流传输层；所述n型电流传输层顶部两侧分别设有p型基区，在所述p型基区内侧设有相邻的双沟槽，所述相邻的双沟槽中间从上而下依次设有n型源区和p型沟道区；所述相邻的双沟槽内部均从上而下依次填充栅极和分裂栅，且所述栅极和所述分裂栅之间通过介质层隔开。

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器件及其制造方法与应用。

背景技术

金属-氧化物半导体场效应晶体管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-EffectTransistor,MOSFET)，简称金氧半场效晶体管，是一种可以广泛使用在模拟电路与数字电路的场效晶体管(field-effect transistor)。现有的碳化硅MOSFET器件是新能源汽车逆变器的理想器件，其具有低导通电阻，低产热，低热阻等特点，逐渐被汽车厂商所接受。

常见的碳化硅MOSFET有平面型与沟槽型两种结构，平面型碳化硅MOSFET结构简单，制备较为容易，但碳化硅平面型MOSFET器件在应用和推广中存在几点问题。其一，由于平面型碳化硅MOSFET的沟道位于碳化硅外延材料的Si面，较高的原子密度使沟道表面的迁移率较低，使得沟道载流子迁移率较低；为了避免器件误导通，往往需要更高的阱区掺杂浓度，相对于沟槽型器件，提高平面型器件的阱区掺杂，沟道载流子迁移率下降程度更高，进一步提高了最终器件的电阻。其二，平面型碳化硅MOSFET结构中，JFET区的存在使其具有较高的JFET电阻，限制了器件的性能。其三，平面型碳化硅MOSFET器件在相同的短路电流密度下，产热更为集中，更容易出现短路失效。

相比于平面型MOSFET器件，常规的沟槽型碳化硅MOSFET器件也存在沟槽栅氧保护容易击穿带来的可靠性问题，沟槽器件栅漏电容Cgd较大也使得沟槽型碳化硅MOSFET器件的特性受到限制。这些问题限制了沟槽型碳化硅MOSFET的应用。

发明内容

为了弥补上述现有技术的不足，本发明提出一种沟槽型碳化硅MOSFET器件及其制造方法与应用。

一种沟槽型碳化硅MOSFET器件，所述沟槽型碳化硅MOSFET器件从下到上依次包括n型碳化硅衬底、n型掺杂外延层、n型电流传输层；所述n型电流传输层顶部两侧分别设有p型基区，在所述p型基区内侧设有相邻的双沟槽，所述相邻的双沟槽中间从上而下依次设有n型源区和p型沟道区；所述相邻的双沟槽内部均从上而下依次填充栅极和分裂栅，且所述栅极和所述分裂栅之间通过介质层隔开。

进一步地，所述相邻的双沟槽上方均覆盖有层间介质层，所述层间介质层顶部设有源电极，所述n型碳化硅衬底背面设有漏电极。

进一步地，所述n型电流传输层掺杂浓度为2E16cm-3至2E17cm-3，且所述n型电流传输层的掺杂浓度高于所述n型掺杂外延层的掺杂浓度。

进一步地，所述p型基区的深度大于所述沟槽的深度，且所述p型基区的纵向尺寸能完全包裹所述沟槽侧壁，并延伸至沟槽底部。

进一步地，所述n型源区与所述p型沟道区的深度之和小于所述栅极的厚度；所述n型源区和所述p型沟道区的间距均为50nm至0.5μm。进一步地，所述n型源区和所述p型沟道区的间距均为50nm至200nm。

进一步地，所述分裂栅的电极与所述源电极连接。

本发明的另一方面提出了前述沟槽型碳化硅MOSFET器件的制造方法，包括：S1、在n型碳化硅衬底上依次外延生长n型掺杂外延层、n型电流传输层；S2、在所述n型电流传输层顶部离子注入形成n型源区，p型沟道区和p型基区；S3、在所述n型电流传输层顶部刻蚀形成相邻的双沟槽，氧化所述相邻的双沟槽侧壁形成氧化层后，在所述相邻的双沟槽内部填充分裂栅；S4、清洗所述双沟槽和所述分裂栅(8)后，对晶片进行氧化形成介质层；S5、沉积栅极。