本發(fā)明涉及功率半導(dǎo)體器件，尤其涉及一種源極溝槽側(cè)壁集成sbd的sic?mosfet及制備方法。

背景技術(shù)：

1、碳化硅(silicon?carbide)材料相比硅材料具有更寬的禁帶寬度，更高的臨界電場(chǎng)、更高的載流子飽和漂移速度、更高的熱導(dǎo)率等優(yōu)點(diǎn)，是制備高壓電力電子器件絕佳的材料，在大功率、高溫、高壓及抗輻照電力電子領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用前景。sic?mosfet為單極型器件，反向恢復(fù)特性好，具有較低的開關(guān)損耗，被廣泛應(yīng)用于新能源設(shè)備和各類消費(fèi)電子領(lǐng)域，是電子電力系統(tǒng)的核心器件。溝槽型sic?mosfet器件相比于平面型sic?mosfet，可實(shí)現(xiàn)更小的元胞尺寸使得芯片成本更低，具有更好的應(yīng)用前景。

2、但溝槽型sic?mosfet由于自身結(jié)構(gòu)特點(diǎn)存在一定問題，一方面，溝槽的形成受限于工藝水平，刻蝕方法影響著側(cè)壁表面的粗糙度，刻蝕的角度決定著溝道晶面和柵槽拐角，進(jìn)一步影響溝道遷移率和柵氧可靠性。在阻斷情況下，溝槽拐角存在電場(chǎng)擁擠效應(yīng)，使得柵氧電場(chǎng)峰值遠(yuǎn)超sio2材料的臨界擊穿電場(chǎng)，更容易造成器件柵氧提前擊穿。為了緩解溝槽拐角電場(chǎng)擁擠效應(yīng)，在柵槽刻蝕后在槽底引入p型屏蔽層，器件擊穿時(shí)的電場(chǎng)峰值從柵氧化層轉(zhuǎn)移至p型屏蔽層與n型漂移區(qū)構(gòu)成的pn結(jié)，提高了柵氧可靠性，p型屏蔽層有浮空與接地兩種方法，p型屏蔽層接地可以更有效提高了柵氧可靠性，但工藝往往較難實(shí)現(xiàn)。另一方面，現(xiàn)有的溝槽型sic?mosfet的米勒電容（cgd）和柵極電荷（qgd）較大，導(dǎo)致器件在高頻和大功率應(yīng)用中功耗較大，會(huì)大大增加器件的使用成本。

3、此外，sic?mosfet在應(yīng)用中常需要使用體二極管進(jìn)行續(xù)流，但sic?mosfet體二極管在雙極應(yīng)力下會(huì)產(chǎn)生雙極退化效應(yīng)，使器件的可靠性降低。同時(shí)，由于sic材料禁帶較寬的特點(diǎn)，器件體二極管的開啟電壓較高，這使得器件的續(xù)流損耗較高。在實(shí)際應(yīng)用中可以通過反并聯(lián)肖特基二極管的方式進(jìn)行續(xù)流，但外接肖特基二極管成本較高，鍵合線導(dǎo)致的寄生電感較大，限制了器件的高頻率、高效率應(yīng)用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種源極溝槽側(cè)壁集成sbd的sic?mosfet及制備方法，利用p屏蔽層與源極溝槽相接觸來優(yōu)化傳統(tǒng)屏蔽層難以接地的缺點(diǎn)，并在源極溝槽側(cè)壁集成肖特基二極管sbd，提升器件的反向續(xù)流能力，且利用接地屏蔽柵結(jié)構(gòu)，屏蔽柵極和漏極間的電容耦合，減小了柵漏電容，降低開關(guān)損耗。

2、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

3、第一方面，本發(fā)明提供一種源極溝槽側(cè)壁集成sbd的sic?mosfet的制備方法，包括：

4、s1、制備sic襯底，在所述sic襯底表面生長外延層，以及，在所述外延層表面形成n埋層和對(duì)稱的p屏蔽層；

5、s2、在經(jīng)s1處理后的外延層表面繼續(xù)生長外延層，并在所述外延層上表面依次生成電流擴(kuò)展層、pwell區(qū)和n+區(qū)；

6、s3、在經(jīng)s2處理后的外延層表面進(jìn)行刻蝕形成源極溝槽和柵極溝槽，其中所述柵極溝槽位于所述外延層中心位置，刻蝕柵極溝槽后使所述外延層表面形成對(duì)稱的pwell區(qū)和對(duì)稱的n+區(qū)，所述源極溝槽位于所述外延層兩側(cè)，左右對(duì)稱；

7、s4、在所述柵極溝槽底部和側(cè)壁進(jìn)行氧化物沉積和多晶硅沉積，形成屏蔽柵和柵極；

8、s5、在所述源極溝槽底部、側(cè)壁及n+區(qū)上方沉積金屬形成源極，并使得源極金屬與所述n+區(qū)、pwell區(qū)和p屏蔽區(qū)域形成歐姆接觸，同時(shí)與所述電流擴(kuò)展層形成肖特基接觸；

9、s6、生成漏極。

10、優(yōu)選的，所述s1具體實(shí)現(xiàn)過程包括：

11、選取n型摻雜的4h-sic襯底，通過mocvd同質(zhì)外延方法在所述4h-sic襯底上生長外延層；

12、進(jìn)行清洗、涂膠、光刻和顯影處理后，在所述外延層左右兩側(cè)使用高能離子對(duì)稱注入形成對(duì)稱的p屏蔽層；以及在所述外延層表面中心使用高能離子注入，在對(duì)稱的p屏蔽層之間形成等厚的n埋層；

13、所述4h-sic襯底的摻雜元素為氮元素或磷元素，摻雜濃度為1×1018～1×1020cm-3，厚度為10-12um，寬度為2-6um；

14、所述外延層的摻雜元素為氮元素或磷元素，摻雜濃度為1×1015～1×1016cm-3，厚度為6-15um，寬度為2-6um；

15、所述p屏蔽層為p型摻雜，摻雜元素為鋁元素或硼元素，摻雜濃度為1×1018～1×1020cm-3，厚度為0.2-0.5um，寬度為1-1.4um；

16、所述n埋層為n型摻雜，摻雜元素為氮元素或磷元素，摻雜濃度為1×1017～1×1020cm-3，厚度為0.2-0.5um，寬度為0.1-0.4um。

17、優(yōu)選的，所述s2具體實(shí)現(xiàn)過程包括：

18、通過沉積sic的方法在經(jīng)s1處理后的外延層表面繼續(xù)生長外延層，

19、經(jīng)清洗、涂膠、光刻和顯影處理后，使用高能離子注入在所述p屏蔽層上表面生成電流擴(kuò)展層；

20、從外延層上表面使用高能離子注入，在所述電流擴(kuò)展層上表面生成等寬的pwell區(qū)；

21、從外延層上表面使用高能離子注入，在所述pwell區(qū)上表面生成等寬的n+區(qū)；

22、所述繼續(xù)生長外延層摻雜元素為氮元素或磷元素，摻雜濃度為1×1015～1×1016cm-3，厚度為1-3um，寬度為2-6um；

23、所述csl層為n型摻雜，摻雜元素為氮元素或磷元素，摻雜濃度為1×1015～1×1016cm-3，厚度為0.1-1um，寬度為2-6um；

24、所述pwell區(qū)為p型摻雜，摻雜元素為鋁元素或硼元素，摻雜濃度為1×1018～1×1020cm-3，厚度為0.2-1um，寬度為2-6um；

25、所述n+區(qū)為n型摻雜，摻雜元素為氮元素或磷元素，摻雜濃度為1×1018～1×1020cm-3，厚度為0.2-0.4um，寬度為2-6um。

26、優(yōu)選的，所述s3具體實(shí)現(xiàn)過程包括：

27、將經(jīng)s2處理后的外延層進(jìn)行清洗、涂膠、光刻和顯影，使用光刻膠對(duì)非刻蝕區(qū)域進(jìn)行保護(hù)，在所述外延層表面進(jìn)行刻蝕形成源極溝槽和柵極溝槽；

28、所述柵極溝槽從所述外延層中心向下進(jìn)行刻蝕，且所述柵極溝槽下方不與所述n埋層接觸，刻蝕寬度為0.2-1um，厚度為1-3um；刻蝕柵極溝槽后外延層表面形成對(duì)稱的pwell區(qū)和對(duì)稱的n+區(qū)；

29、所述源極溝槽從所述外延層左右兩側(cè)對(duì)稱向下進(jìn)行刻蝕，且保證所述源極溝槽直接與所述p屏蔽層接觸，刻蝕寬度為0.3-0.5um，厚度為1.2-3.2um。

30、優(yōu)選的，所述s4具體實(shí)現(xiàn)過程包括：

31、對(duì)所述柵極溝槽底部和側(cè)壁進(jìn)行氧化物沉積，其中溝槽底部沉積的氧化物厚度為0.05um-0.1um，溝槽側(cè)壁沉積的氧化物厚度為0.05um-0.15um；

32、然后對(duì)所述柵極溝槽進(jìn)行第一步多晶硅沉積形成屏蔽柵，沉積厚度為0.2um-1um；

33、繼續(xù)對(duì)所述柵極溝槽進(jìn)行氧化物沉積，溝槽底部沉積的氧化層厚度為0.05um-0.1um，側(cè)壁沉積的氧化物厚度為0.05um；

34、然后對(duì)所述柵極溝槽進(jìn)行第二次多晶硅沉積形成柵極，沉積厚度為0.6um-1um；

35、最后對(duì)所述柵極上方進(jìn)行氧化物沉積，使沉積的氧化層與外延層表面平齊。

36、優(yōu)選的，所述s5中，

37、選用鈦金屬作為源極溝槽沉積的金屬。

38、第二方面，本發(fā)明提供一種源極溝槽側(cè)壁集成sbd的sic?mosfet，采用上述的源極溝槽側(cè)壁集成sbd的sic?mosfet的制備方法制備而成。

39、本發(fā)明的有益效果為：

40、（1）、本發(fā)明提供一種源極溝槽側(cè)壁集成sbd的sic?mosfet及制備方法，通過在源極溝槽側(cè)壁集成肖特基二極管(sbd)，使肖特基金屬與源極相連，在反向續(xù)流狀態(tài)下，具有較低開啟電壓的sbd率先導(dǎo)通，因此提高了器件的反向?qū)芰?，同時(shí)也降低了續(xù)流損耗和反向恢復(fù)損耗，進(jìn)而有效避免了體二極管開啟產(chǎn)生的雙極退化效應(yīng)。

41、（2）、本發(fā)明制備的sic?mosfet利用源極深溝槽設(shè)置p屏蔽層接地，緩解溝槽拐角存在的電場(chǎng)擁擠效應(yīng)，提高柵氧可靠性。

42、（3）、本發(fā)明制備的sic?mosfet引入屏蔽柵結(jié)構(gòu)，通過與源極金屬相接，達(dá)到將屏蔽柵電位置零的作用，同時(shí)屏蔽柵極和漏極間的電容耦合，從而減小柵漏電容，降低開關(guān)損耗。

43、（4）、本發(fā)明制備的sic?mosfet增加電流擴(kuò)展層和n埋層來緩解p屏蔽層引起的jfet效應(yīng)，從而降低器件導(dǎo)通電阻，增加輸出電流。