一種碳化硅MOSFETs功率器件及其制作方法
【技術領域】
[0001] 本發明設及一種半導體功率器件及其制作方法，具體設及一種碳化娃（SiC)金 屬-氧化物-半導體場效應晶體管（MOSFET)功率器件及其制作方法。
【背景技術】
[0002] 功率器件現已廣泛的用于承載大電流承受高電壓，金屬氧化物半導體場效應晶體 管（MOSFET)是微處理器和半導體存儲器等大規模或超大規模集成電路最重要的電力電子 器件，它具有導通電阻低、負載電流大等優點，非常適合用作開關器件。在功率MOSFET中， 將控制信號提供給柵電極，插入該柵電極的絕緣體，將其與半導體表面分開，通過傳輸多數 載流子進行電流導電。功率MOSFET能夠提供非常安全的工作區，并能與單位單元結構并 行。
[0003] 目前制作MOS陽T材料大多使用Si,隨著電子技術的進步，高溫、高頻、強福射等惡 劣條件對半導體器件和電路提出了更高的要求，Si由于其材料特性已經無法滿足要求，而 SiC材料將是大功率、高溫和高頻工作的半導體器件的最好選擇。
[0004] 常規垂直雙注入碳化娃MOS陽T器件的反型層溝道載流子有效遷移率低，難W制 造大電流、低導通電阻、高耐壓的垂直MOSFET器件。其結構如圖1所示。通常通過侶和/ 或棚注入實現P阱，通過氮或憐注入實現n+源區，通過侶注入實現基區P+區，然后去除所 有的注入掩膜，再于1600°CW上的高溫下激活注入的滲雜雜質。柵介質層是通過在各種氣 氛下對實現P阱、n+源和P+區W后的碳化娃進行熱氧化或低壓化學氣相淀積來實現，或者 通過先進行熱氧化再進行淀積實現的。柵介質層是單一的或復合疊層。 陽0化]上述結構存在的問題是溝道表面難W形成有效的反型層，且反型層表面有效電子 遷移率低，由此導致器件的闊值電壓非常高、導通電阻非常大。運是由于為防止P阱基區在 反向時的穿通，P阱區載流子濃度至少大于IX10"cm3,碳化娃的低本征載流子濃度使得具 有運樣低濃度的P阱區溝道表面仍然難W形成有效的反型層，器件闊值電壓過大；另外高 能量的離子注入也使得柵介質和碳化娃之間的界面態密度過大，W至大大降低溝道表面自 由電子的有效遷移率，器件導通電阻過大；此外，P阱侶注入滲雜形成的P型SiC侶分凝及 注入滲雜劑的高溫激活都會對溝道表面反型層電子有效遷移率起負面作用。
[0006] 所謂的"ACCUFET"結構由于溝道表面為積累層而不是反型層，可W避免垂直雙注 入結構的溝道難W形成有效的反型層的問題。如圖2所示，運種結構是利用pn結的內建電 勢使得表面n型層在柵極零偏壓下完全耗盡實現常閉器件。然而，形成運種具有表面n型 層的P阱，仍需要通過高能量、大劑量的離子注入及在1600°CW上的高溫退火激活注入的 P型滲雜雜質來實現，W保證器件阻斷時P阱不會發生穿通和足夠小的基區橫向電阻，防止 形成円鎖，所W無法避免溝道表面積累層電子有效遷移率導致的負面影響，另外難W通過 單一滲雜雜質同時實現表面n型層和高載流子濃度P阱埋層的結構。因此需要提供一種避 免離子注入和高溫退火而實現"ACCUFET"結構的方法，從而消除其對溝道表面積累層溝道 表面遷移率的負面影響。
【發明內容】
[0007] 本發明的目的在于提供一種碳化娃（SiC)金屬-氧化物-半導體場效應晶體管 (MOSFET)功率器件及其制作方法，減少經過離子注入和高溫退火處理后的SiC和柵介質之 間的界面態密度，減少器件的性能退化，提高溝道載流子的有效遷移率。
[0008] 為實現上述目的，本發明采用W下技術方案：
[0009] 一種碳化娃MOS陽Ts功率器件，該器件包括：
[0010] 1)雙注入碳化娃MOS陽T:n型的碳化娃襯底，所述襯底上的n型碳化娃漂移層，所 述漂移層包含具有間隔的含n型碳化娃源區的P型碳化娃區，所述漂移層上的n型碳化娃 外延層，所述外延層被所述n型碳化娃區間隔，所述外延層上的氧化層，所述氧化層上的n 型多晶層； W11] 型溝道：自P型碳化娃區上的n型碳化娃外延區延伸至n型漂移層上的n型 碳化娃外延區；
[0012] 3)柵接觸：位于柵介質層上，氮或憐注入的n型碳化娃之間；
[0013] 4)基區接觸：位于P型碳化娃區和n型碳化娃區內。
[0014] 所述的碳化娃MOS陽Ts功率器件的第一優選方案，所述碳化娃為4H-SiC或 細-SiCc
[0015] 所述的碳化娃MOS陽Ts功率器件的第二優選方案，所述n型碳化娃襯底的載流子 濃度為l〇iS-l〇2icm3。
[0016] 所述的碳化娃MOS陽Ts功率器件的第S優選方案，所述n型碳化娃漂移層的載流 子濃度為l〇i4-l〇i6cm3O
[0017] 所述的碳化娃MOS陽Ts功率器件的第四優選方案，所述P型碳化娃區為包含在n 型碳化娃漂移層中具有間隔的有Al或B注入的碳化娃區。
[0018] 所述的碳化娃MOS陽Ts功率器件的第五優選方案，所述P型碳化娃區形成P阱， 其載流子濃度為l〇"-l〇"cm3,延伸至n型碳化娃漂移層內0. 2-3ym，P阱間的間距為 2-20UHId
[0019] 所述的碳化娃MOS陽Ts功率器件的第六優選方案，所述n型碳化娃區為包含在n 型碳化娃外延層和n型碳化娃漂移層中有被P型碳化娃區包圍的氮或憐注入區。
[0020] 所述的碳化娃MOS陽Ts功率器件的第屯優選方案，所述n型碳化娃區的載流子濃 度大于P型碳化娃區，其載流子濃度為l〇iS-102°cm3。
[002U 所述的碳化娃MOS陽Ts功率器件的第八優選方案，所述基區接觸包含n型碳化娃 區和P型碳化娃區內的歐姆接觸；所述歐姆接觸的金屬為鐵、儀、侶、鈕、鋼、鉆、銷和碳化鐵 中的一種或其多種組份的合金。
[0022] 所述的碳化娃MOS陽Ts功率器件的第九優選方案，所述n型溝道處于n型外延層 內，延伸至但未進入n型碳化娃漂移層。
[0023] 所述的碳化娃MOSFETs功率器件的第十優選方案，所述柵接觸為氮或憐注入的n 型多晶娃。
[0024] 所述的碳化娃MOS陽Ts功率器件的第十一優選方案，所述n型外延層中的n型溝 道區域在施加零伏柵偏壓時是自耗盡的。
[00巧]所述的碳化娃MOS陽Ts功率器件的第十二優選方案，所述n型外延層中的n型溝 道區域的薄層電荷小于P型碳化娃區，其薄層電荷l〇i2-l〇"cm2。
[00%] 所述的碳化娃MOS陽Ts功率器件的第十S優選方案，所述n型外延層中的n型溝 道區域的厚度為0. 1-1ym，載流子濃度為l〇i6-l〇i8cm3O
[0027] 所述的碳化娃MOS陽Ts功率器件的第十四優選方案，該器件還包括與柵介質層相 對的n型碳化娃襯底上的漏接觸。
[0028] 所述的碳化娃MOS陽Ts功率器件的第十五優選方案，該器件還包括P型碳化娃區 的基區接觸窗口；所述接觸窗口之上的源接觸。
[0029] 一種所述的碳化娃MOSFETs功率器件的制備方法，該方法包括如下步驟：
[0030] 1)在n型碳化娃漂移層注入P型雜質形成P型碳化娃區；
[0031] 2)n型碳化娃漂移層外延生成載流子濃度大于漂移層的n型碳化娃外延層；
[0032] 3)所述n型碳化娃外延層上制備氧化層形成柵介質層；
[0033] 4)所述柵介質層上制備多晶層圖案形成未滲雜的柵接觸；
[0034] 5)所述外延層內注入n型雜質形成n型碳化娃區，并延伸至所述P型碳化娃區內 被