一種溝槽型碳化硅mosfet功率器件的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種功率器件的制造方法，具體涉及一種溝槽型碳化硅MOSFET功率器件的制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]相對(duì)于以硅為代表的第一代半導(dǎo)體和以砷化鎵為代表的第二代半導(dǎo)體，第三代半導(dǎo)體的碳化硅和氮化鎵具有更大的禁帶寬度和臨界擊穿電場(chǎng)，較為適合制造高溫大功率半導(dǎo)體器件。目前，碳化硅功率器件成為研究的熱點(diǎn)之一。
[0003]碳化硅金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(MOSFET)是一種廣泛使用的碳化硅功率器件。其中將控制信號(hào)提供給柵電極，該柵電極通過插入的絕緣體將半導(dǎo)體表面分開，所述絕緣體如二氧化硅。通過多數(shù)載流子的傳輸進(jìn)行電流傳導(dǎo)，而不需要在雙極型晶體管工作時(shí)使用少數(shù)載流子注入。碳化硅MOSFET能夠提供非常大的安全工作區(qū)，并且多個(gè)單元結(jié)構(gòu)能夠并行使用。
[0004]雙重注入碳化娃MOSFET (DIMOS:double_implanted M0S)中，于n+型碳化娃襯底上形成η型碳化硅外延層；于所述η型碳化硅外延層的上部形成P型雜質(zhì)區(qū)域，所述P型雜質(zhì)區(qū)包含MOSFET的P型溝道和第二 η+型碳化硅雜質(zhì)區(qū)。于ρ型溝道、η型碳化硅外延和第二 η+型碳化硅雜質(zhì)區(qū)上形成柵極電介質(zhì)。于所述柵極電介質(zhì)上形成柵極接觸。于部分P型雜質(zhì)區(qū)域和第二 η+型雜質(zhì)區(qū)域形成第一接觸，于所述襯底上形成第二接觸。
[0005]碳化硅MOSFET存在的問題是溝道迀移率較低，因而具有較大的導(dǎo)通電阻，能量損耗大。200610126666.7號(hào)中國(guó)專利中公開了通過在氫氣或潮濕氣氛中進(jìn)行退火處理，改善柵介質(zhì)層和溝道區(qū)界面的懸掛鍵終端，提高溝道迀移率的方法。然而這種處理方法的不足之處是可能會(huì)造成柵極接觸不必要的氧化。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是提供一種溝槽型碳化硅MOSFET功率器件的制造方法，克服了現(xiàn)有技術(shù)的不足，通過對(duì)柵極電介質(zhì)層的改進(jìn)，提供良好的柵介質(zhì)層和溝道區(qū)界面，提高溝道迀移率，減小導(dǎo)通電阻。
[0007]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
[0008]—種溝槽型碳化硅MOSFET功率器件的制造方法，所述方法包括如下步驟:
[0009]I)于第一導(dǎo)電類型的碳化硅襯底上生長(zhǎng)外延層制得外延襯底；
[0010]2)于所述外延襯底上制造第二導(dǎo)電類型的碳化硅阱區(qū)，所述碳化硅阱區(qū)包含碳化硅導(dǎo)電溝道區(qū)；
[0011]3)于所述碳化硅阱區(qū)表面形成第一雜質(zhì)區(qū)域；
[0012]4)于所述第一雜質(zhì)區(qū)域制備穿過所述第一雜質(zhì)區(qū)域和所述碳化硅阱區(qū)延伸至所述外延層中的溝槽；
[0013]5)于所述溝槽內(nèi)表面形成初始柵極；
[0014]6)氧化所述初始柵極形成柵極電介質(zhì)層；
[0015]7)于所述柵極電介質(zhì)層上制作柵電極；
[0016]8)于所述碳化硅阱區(qū)和第一雜質(zhì)區(qū)域表面上形成第一接觸；
[0017]9)于所述碳化硅襯底的背面形成第二接觸。
[0018]所述的溝槽型碳化硅MOSFET功率器件的制造方法的第一優(yōu)選方案，步驟I)所述襯底材料為4H-SiC、6H-SiC、3C-SiC或15R_SiC，所述襯底厚度為10?1000 μ m，雜質(zhì)類型為η型或ρ型，雜質(zhì)濃度I X 118Cm 3?I X 10 19cm 3。
[0019]所述的溝槽型碳化硅MOSFET功率器件的制造方法的第二優(yōu)選方案，步驟I)所述外延層與所述襯底具有相同的導(dǎo)電類型，所述外延層的雜質(zhì)濃度為I X 114Cm 3?
I X 116Cm 3，厚度為 10 ?200 μ m。
[0020]所述的溝槽型碳化硅MOSFET功率器件的制造方法的第三優(yōu)選方案，步驟2)所述碳化硅阱區(qū)采用外延或離子注入的方法制作，所述離子注入法:于外延層上制作圖形化掩膜，注入第二導(dǎo)電類型雜質(zhì)，去除掩膜后于1500?2200°C下退火3?30min。
[0021]所述的溝槽型碳化硅MOSFET功率器件的制造方法的第四優(yōu)選方案，步驟2)所述碳化娃講區(qū)的雜質(zhì)濃度5X 115Cm 3?5X 10 19cm 3，深度為0.3?3 μπι。
[0022]所述的溝槽型碳化硅MOSFET功率器件的制造方法的第五優(yōu)選方案，步驟3)所述第一雜質(zhì)區(qū)的雜質(zhì)濃度為I X 119Cm 3?5 X 10 20cm 3，厚度為0.1?0.4 μ m。
[0023]所述的溝槽型碳化硅MOSFET功率器件的制造方法的第六優(yōu)選方案，步驟4)所述溝槽的制備方法是于所述碳化硅外延襯底表面形成圖形化的掩膜，再刻蝕碳化硅襯底，去除掩膜后，平整化處理所述溝槽側(cè)壁；所述刻蝕方法為反應(yīng)離子刻蝕、電感耦合等離子刻蝕、激光燒蝕或離子銑。
[0024]所述的溝槽型碳化硅MOSFET功率器件的制造方法的第七優(yōu)選方案，步驟4)所述溝槽的底部呈圓弧形，側(cè)壁為垂直或具有70°?89°的傾斜角度，深度為0.2?5μπι。
[0025]所述的溝槽型碳化硅MOSFET功率器件的制造方法的第八優(yōu)選方案，步驟5)所述初始柵極的制作方法包括原子層沉積、低壓化學(xué)氣相沉積、等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積或?yàn)R射。
[0026]所述的溝槽型碳化硅MOSFET功率器件的制造方法的第九優(yōu)選方案，步驟5)所述初始柵極為摻雜或非摻雜的多晶硅、非晶硅或無(wú)定型硅，厚度為10?200nm。
[0027]所述的溝槽型碳化硅MOSFET功率器件的制造方法的第十優(yōu)選方案，所述初始柵極的摻雜雜質(zhì)為0、Ν、Ρ、Β或Al ;所述摻雜是碳化硅襯底界面處濃度低和表面濃度高的非均勻摻雜。
[0028]所述的溝槽型碳化硅MOSFET功率器件的制造方法的第i^一優(yōu)選方案，步驟6)所述氧化溫度為600?1500°C，所述柵極電介質(zhì)層的厚度為所述初始柵極的1.5?2.5倍。
[0029]所述的溝槽型碳化硅MOSFET功率器件的制造方法的第十二優(yōu)選方案，步驟7)中所述柵電極與所述柵極電介質(zhì)層間形成隔離層。
[0030]所述的溝槽型碳化硅MOSFET功率器件的制造方法的第十三優(yōu)選方案，步驟8)中所述第一接觸的形成步驟如下:
[0031]I)于所述柵電極、所述第一雜質(zhì)區(qū)表面和所述碳化硅阱區(qū)表面形成絕緣層，所述絕緣膜層上具有至所述碳化硅阱區(qū)和第一雜質(zhì)區(qū)的接觸孔；
[0032]2)于所述接觸孔內(nèi)，所述碳化硅阱區(qū)和第一雜質(zhì)區(qū)表面上形成第一接觸；
[0033]所述的溝槽型碳化硅MOSFET功率器件的制造方法的第十四優(yōu)選方案，所述柵電極與所述絕緣層間形成隔離層。
[0034]所述的溝槽型碳化硅MOSFET功率器件的制造方法的第十五優(yōu)選方案，所述絕緣層的厚度為0.5?10 μπι，絕緣材料為選自氧化硅、氮化硅、磷硅玻璃PSG、硼硅玻璃BSGJl磷硅玻璃BPSG、多晶硅或含氧多晶硅的一種或幾種的復(fù)合材料。
[0035]所述的溝槽型碳化硅MOSFET功率器件的制造方法的第十六優(yōu)選方案，所述接觸孔通過光刻、腐蝕和/或刻蝕的方法形成。
[0036]所述的溝槽型碳化硅MOSFET功率器件的制造方法的第十七優(yōu)選方案，步驟8)所述第一接觸是通過蒸發(fā)、濺射或電鍍的方式形成金屬層，再于300?1100°C下退火形成，所述金屬層的厚度為0.0I?5 μ m，金屬為選自鎢、鉻、鉑、鈦、銀、金、鋁、鎳和銅中的一種或幾種的合金或復(fù)合。
[0037]所述的溝槽型碳化硅MOSFET功率器件的制造方法的第十八優(yōu)選方案，所述方法包括如下步驟:
[0038]I)制作所述溝槽后，于其底部進(jìn)行離子注入，形成第二雜質(zhì)區(qū)；
[0039]2)所述初始柵極的形成步驟:于所述溝槽內(nèi)表面形成柵介質(zhì)緩沖層，再于所述緩沖層上制作絕緣或?qū)щ姷某跏紪艠O。
[0040]所述的溝槽型碳化硅MOSFET功率器件的制造方法的第十九優(yōu)選方案，所述第二雜質(zhì)區(qū)的摻雜濃度為5 X 119Cm 3?5 X 10 21cm 3，深度為0.1?0.3 μ m。
[0041]所述的溝槽型碳化硅MOSFET功率器件的制造方法的第二十優(yōu)選方案，所述緩沖層是于600?1500°C下，通過氧化碳化娃外延層形成的包含N、P、B、Al或C雜質(zhì)元素的氧化娃，厚度為I?lOOnm，所用氣體為選自氧氣、氫氣、水蒸氣、氮?dú)?、氯化氫、三氯娃燒、一氧化氮、笑氣、氨氣和氬氣中的一種或幾種的混合氣體。
[0042]所述的溝槽型碳化硅MOSFET功率器件的制造方法的第二i^一優(yōu)選方案，所述柵極電介質(zhì)層的形成包括如下步驟:
[0043]I)于所述溝槽內(nèi)表面、所述第一雜質(zhì)區(qū)域表面和所述碳化硅阱區(qū)表面上形成初始柵極；
[0044]2)氧化所述初始柵極形成柵極電介質(zhì)層；
[0045]3)刻蝕所述柵極電介質(zhì)層:去除所述第一雜質(zhì)區(qū)域表面和所述碳化硅阱區(qū)表面上的柵極電介質(zhì)層，并減小所述溝槽側(cè)壁上柵極電介質(zhì)層的厚度；
[0046]所述的溝槽型碳化硅MOSFET功率器件的制造方法的第二十二優(yōu)選方案，所述柵極電介質(zhì)層的刻蝕采用光刻和腐蝕或刻蝕的方法，所述光刻是于所述溝槽內(nèi)完全或部分填充光刻膠，以紫外光、激光或電子束的方式對(duì)光刻膠進(jìn)行圖形化。
[0047]所述的溝槽型碳化硅MOSFET功率器件的制造方法的第二十三優(yōu)選方案，所述方法包括:
[0048]所述初始柵極的形成是于所述溝槽內(nèi)表面上形成第一導(dǎo)電類型的溝道層，再于所述溝道層上形成初始柵極。
[0049]所述的溝槽型碳化硅MOSFET功率器件的制造方法的第二十四優(yōu)選方案，所述溝道層的制作方法為外延生長(zhǎng)法，摻雜濃度為5 X 115Cm 3?5 X 1016cm 3，高于所述碳化娃外延層，厚度為0.0l?0.5 μ m。
[0050]與最接近的現(xiàn)有技術(shù)比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn):
[0051]I)本發(fā)明制造方法中通過先淀積絕緣或?qū)щ姷某跏紪艠O，然后再將初始柵極氧化，形成所需厚度的柵極電介質(zhì)層，這樣就避免了一次性形成較厚的柵極電介質(zhì)層，改善了碳化硅氧化形成柵極電介質(zhì)工藝中，柵極電介質(zhì)和溝道區(qū)域界面處形成的碳聚集，提高了柵極電介質(zhì)層質(zhì)量；
[0052]2)本發(fā)明中初始柵極的淀積包括于溝道區(qū)域表面形成薄層氧化硅的碳化硅氧化和多晶硅或非晶硅材料的淀積，這樣能夠提供良好的柵極電介質(zhì)層和溝道區(qū)界面，提高溝道迀移率，減小導(dǎo)通電阻；
[0053]3)本發(fā)明中于淀積的初始柵極多晶硅或非晶硅材料中，進(jìn)行氮或磷雜質(zhì)摻雜，或采用濕氧氧化工藝，避免了柵極電介質(zhì)層長(zhǎng)時(shí)間在氮?dú)?、一氧化氮或二氧化氮?dú)夥罩羞M(jìn)行氮化退火或在氫氣、潮濕氣氛中進(jìn)行氫化退火工藝，簡(jiǎn)化了制造工藝，提高器件可靠性；
[0054]4)本發(fā)明方法降低了柵極電介質(zhì)層制作工藝的溫度，減少了工藝時(shí)間，降低了制造成本，適合批量化生產(chǎn)。
【附圖說(shuō)明】
[0055]圖1:本發(fā)明制造方法的流程圖；
[0056]圖2:本發(fā)明實(shí)施例1中的碳化硅外延襯底示意圖；
[0057]圖3:本發(fā)明實(shí)施例1中于碳化硅襯底上制作P型阱區(qū)的示意圖；
[0058]圖4:本發(fā)明實(shí)施例1中于碳化硅襯底上制作η+源極區(qū)的示意圖；
[0059]圖5:本發(fā)明實(shí)施例1中于η+源極區(qū)中制作溝槽的示意圖；
[0060]圖6:本發(fā)明實(shí)施例1中于溝槽底部進(jìn)行離子注入形成雜質(zhì)區(qū)域的示意圖；
[0061]圖7:本發(fā)明實(shí)施例1中于溝槽內(nèi)表面制作柵介質(zhì)緩沖層的示意圖；
[0062]圖8:本發(fā)明實(shí)施例1中于柵介質(zhì)緩沖層表面制作初始柵極的示意圖；
[0063]圖9:本發(fā)明實(shí)施例1中氧化初始柵極形成柵極電介質(zhì)層的示意圖；
[0064]圖10: