碳化硅功率半導(dǎo)體器件的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型提出了一種碳化硅功率半導(dǎo)體器件，通過在碳化硅外延層之上硅接觸層以及在硅接觸層之上形成二氧化硅柵氧層，使得硅接觸層的硅與二氧化硅柵氧層的二氧化硅的晶格相匹配，能夠大大減小二氧化硅柵氧層與硅接觸層的界面陷阱電荷的數(shù)量，提高溝道載流子的遷移率，同時又具備碳化硅功率半導(dǎo)體器件耐高壓、高溫的特性。
【專利說明】
碳化硅功率半導(dǎo)體器件
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型屬于基本電氣元件領(lǐng)域，涉及半導(dǎo)體器件，特別涉及一種碳化硅功率半導(dǎo)體器件。
【背景技術(shù)】
[0002]碳化硅作為第三代半導(dǎo)體材料，具有寬帶隙、高熱導(dǎo)率、高擊穿場強(qiáng)、高飽和速度等優(yōu)越性能，適合制作高溫大功率、高溫高頻以及抗輻射器件，其被廣泛的應(yīng)用到各種功率半導(dǎo)體器件上，如金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(MOSFET)等。
[0003]圖1是現(xiàn)有的碳化硅半導(dǎo)體功率器件，主要包括:漏極1、碳化硅襯底2、緩沖層3、碳化硅外延層4、pwell區(qū)5、接觸孔區(qū)6、源極區(qū)7、二氧化硅柵氧層8、多晶硅柵9、介質(zhì)層
10、源極11。二氧化硅柵氧層形成時，通常通過在碳化硅外延層熱生長的方法在碳化硅外延層上形成二氧化硅柵氧層。然而，由于生長過程中二氧化硅與碳化硅材料的晶格不匹配，在二氧化硅柵氧層和碳化硅外延層和二氧化硅柵氧層的界面中會產(chǎn)生大量的懸掛鍵、碳簇和氧空位等缺陷電荷，造成碳化硅半導(dǎo)體功率器件器件反型溝道載流子迀移極低，會影響到器件的開啟，耐壓等，降低了器件性能。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0004]本實(shí)用新型旨在至少解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問題之一，提出了一種碳化硅功率半導(dǎo)體器件，該碳化硅功率半導(dǎo)體器件能夠減小二氧化硅柵氧層與硅接觸層的界面陷阱電荷的數(shù)量，提高溝道載流子的迀移率。
[0005]為了實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型的上述目的，本實(shí)用新型的實(shí)施例提供了一種碳化硅功率半導(dǎo)體器件，包括:碳化硅襯底;形成在所述碳化硅襯底正面的緩沖層，所述緩沖層的導(dǎo)電類型與所述碳化硅襯底的導(dǎo)電類型相同；形成在所述緩沖層之上的碳化硅外延層以及形成在所述碳化硅外延層內(nèi)的第一阱區(qū)，所述碳化硅外延層的導(dǎo)電類型與所述緩沖層的導(dǎo)電類型相同，與所述第一阱區(qū)的導(dǎo)電類型相反;形成在所述碳化硅外延層之上的硅接觸層以及形成在所述硅接觸層兩側(cè)的第二阱區(qū)，所述第二阱區(qū)與所述第一阱區(qū)接觸，所述第一阱區(qū)的導(dǎo)電類型與所述第二阱區(qū)的導(dǎo)電類型相同；形成在每一側(cè)的所述第二阱區(qū)內(nèi)的源極區(qū)和接觸孔區(qū)，所述源極區(qū)的導(dǎo)電類型與所述接觸孔區(qū)的導(dǎo)電類型相反;依次形成在所述硅接觸層之上的二氧化硅柵氧層、多晶硅柵層和源極;形成在所述碳化硅襯底背面的漏極。
[0006]根據(jù)本實(shí)用新型的實(shí)施例，通過在碳化硅外延層之上硅接觸層以及在硅接觸層之上形成二氧化硅柵氧層，使得硅接觸層的硅與二氧化硅柵氧層的二氧化硅的晶格相匹配，能夠大大減小二氧化硅柵氧層與硅接觸層的界面陷阱電荷的數(shù)量，提高溝道載流子的迀移率，同時又具備碳化硅功率半導(dǎo)體器件耐高壓、高溫的特性。
[0007]優(yōu)選地，所述碳化硅功率半導(dǎo)體器件還包括介質(zhì)層，所述介質(zhì)層位于所述多晶硅柵層和所述源極之間。
[0008]優(yōu)選地，所述介質(zhì)層的材料為硼磷硅玻璃或聚酰亞胺。
[0009]優(yōu)選地，所述碳化硅襯底的摻雜濃度為IX 118Cnf3_2.0 X 118Cnf3，所述緩沖層的摻雜濃度為0.5 X 118Cnf3-1.0 X 118Cnf3，所述碳化硅外延層的摻雜濃度為4.6 X 1015cm"3-5.5X 115Cnf30
[0010]優(yōu)選地，摻雜類型為線性分布或類高斯分布。
[0011]優(yōu)選地，所述接觸孔區(qū)與所述源極形成歐姆接觸。
[0012]優(yōu)選地，所述源極區(qū)的摻雜濃度為7.6 X 1015cm—3-8.5 X 1015cm"30
[0013]優(yōu)選地，所述接觸孔區(qū)的上表面被刻蝕掉部分，被刻蝕掉部分的厚度為3500A—4500Ao
[0014]優(yōu)選地，所述硅接觸層的摻雜濃度為1.5 X 1014cm—3-2.5 X 114Cnf3。
[0015]本實(shí)用新型的附加方面和優(yōu)點(diǎn)將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本實(shí)用新型的實(shí)踐了解到。
【附圖說明】
[0016]本實(shí)用新型的上述和/或附加的方面和優(yōu)點(diǎn)從結(jié)合下面附圖對實(shí)施例的描述中將變得明顯和容易理解，其中:
[0017]圖1是現(xiàn)有的N型碳化硅功率半導(dǎo)體器件的剖面示意圖；
[0018]圖2是本實(shí)用新型實(shí)施例的N型碳化硅功率半導(dǎo)體器件的剖面示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0019]下面詳細(xì)描述本實(shí)用新型的實(shí)施例，所述實(shí)施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標(biāo)號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實(shí)施例是示例性的，僅用于解釋本實(shí)用新型，而不能理解為對本實(shí)用新型的限制。
[0020]在本實(shí)用新型的描述中，需要理解的是，術(shù)語“縱向”、“橫向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底” “內(nèi)”、“外”、“正”、“背”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本實(shí)用新型和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對本實(shí)用新型的限制。
[0021]在本實(shí)用新型的描述中，除非另有規(guī)定和限定，需要說明的是，術(shù)語“安裝”、“相連”、“連接”應(yīng)做廣義理解，例如，可以是機(jī)械連接或電連接，也可以是兩個元件內(nèi)部的連通，可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以根據(jù)具體情況理解上述術(shù)語的具體含義。
[0022]需要說明的是，本實(shí)用新型以下各實(shí)施例均以N型碳化硅功率半導(dǎo)體器件為例進(jìn)行說明，對于P型碳化硅功率半導(dǎo)體器件，可以參照本實(shí)用新型實(shí)施例，相應(yīng)改變摻雜類型即可，在此不再贅述。
[0023]圖2是本實(shí)用新型一個實(shí)施例中N型碳化硅功率半導(dǎo)體器件的剖面示意圖，圖中僅僅是示意的給出了各區(qū)域的尺寸，具體的尺寸可以根據(jù)器件參數(shù)的要求進(jìn)行設(shè)計。圖2中的N型碳化硅功率半導(dǎo)體器件可以作為N型MOSFET實(shí)施。
[0024]從圖中可見，本實(shí)施例中N型碳化硅功率半導(dǎo)體器件包括:碳化硅襯底102，在本實(shí)施例中，碳化硅襯底102的摻雜濃度為I X 1018cm—3-2.0 X 1018cm—3優(yōu)選地為1.5 X 1018cm"3。
[0025]碳化硅襯底的正面形成有緩沖層103，緩沖層103的導(dǎo)電類型與所述碳化硅襯底102的導(dǎo)電類型相同均為N型，緩沖層103的摻雜濃度為0.5 X 118Cnf3 -1.0 X 1018cm—3，優(yōu)選地為0.6 X 1018cm—3，摻雜類型可以為線性分布或類高斯分布。
[0026]緩沖層103之上形成有碳化娃外延層104，碳化娃外延層104的摻雜濃度為4.6 X1015cm—3-5.5 X 115CnT3，優(yōu)選地為5 X 1015cm"3 ；以及碳化硅外延層104內(nèi)形成有第一阱區(qū)105，碳化硅外延層104的導(dǎo)電類型與緩沖層103的導(dǎo)電類型均為N型，第一阱區(qū)105的導(dǎo)電類型為P型。其中，第一阱區(qū)105有兩個，對稱地分布在碳化硅外延層104的兩側(cè)靠近上表面的區(qū)域。
[0027]碳化硅外延層104之上形成有硅接觸層106，硅接觸層106的摻雜濃度為1.5 X1014cm—3-2.5 X 114CnT3，優(yōu)選地為2 X 1014cm—3;以及形成在硅接觸層106兩側(cè)的第二阱區(qū)107，第二阱區(qū)107的底部與第一阱區(qū)105的上表面接觸，其中，兩側(cè)的第二阱區(qū)107以硅接觸層106為中心對稱地分布第一阱區(qū)105的上方，第一阱區(qū)105的導(dǎo)電類型與第二阱區(qū)107的導(dǎo)電類型均為P型；
[0028]每一側(cè)的第二阱區(qū)107內(nèi)形成有的源極區(qū)108和接觸孔區(qū)109，源極區(qū)108和接觸孔區(qū)109并排相鄰設(shè)置，源極區(qū)108的導(dǎo)電類型為N型，第二阱區(qū)107為P型，源極區(qū)108摻雜濃度為7.6 X 1015cm—3-8.5 X 1015cm"3，優(yōu)選地為8 X 1015cm"3，接觸孔區(qū)109為P型，摻雜濃度為I X114Cnf30
[0029]依次形成在硅接觸層106之上的二氧化硅柵氧層110、多晶硅柵層111和源極113，具體地，二氧化硅柵氧層110覆蓋硅接觸層106、第二阱區(qū)107和部分接觸孔區(qū)109，源極113覆蓋部分源極區(qū)108和接觸孔區(qū)109。優(yōu)選地。接觸孔區(qū)109與源極113形成歐姆接觸，歐姆接觸能減小表面接觸電阻；進(jìn)一步地，還可以將接觸孔區(qū)109的上表面被刻蝕掉部分，被刻蝕掉部分的的厚度為3500A—4500A，這樣可以使接觸孔區(qū)109與源極113更好的接觸。以及
[0030]形成在碳化硅襯底102背面的漏極101。
[0031]根據(jù)本實(shí)用新型的實(shí)施例，通過在碳化硅外延層之上硅接觸層以及在硅接觸層之上形成二氧化硅柵氧層，使得硅接觸層的硅與二氧化硅柵氧層的二氧化硅的晶格相匹配，能夠大大減小二氧化硅柵氧層與硅接觸層的界面陷阱電荷的數(shù)量，提高溝道載流子的迀移率，同時又具備碳化硅功率半導(dǎo)體器件耐高壓、高溫的特性。
[0032]作為本實(shí)用新型的一優(yōu)選實(shí)施方式，碳化硅功率半導(dǎo)體器件還包括介質(zhì)112層，介質(zhì)層112位于多晶硅柵層111和源極113之間，具體地，介質(zhì)層112覆蓋多晶硅柵層111以及部分源極區(qū)108，介質(zhì)層112—方面用于防止外部雜質(zhì)進(jìn)入影響碳化硅功率半導(dǎo)體器件的性能，另外一方面具有一定的填孔能力使硅片表面平坦化，介質(zhì)層112的材料為硼磷硅玻璃或聚酰亞胺。
[0033]本實(shí)用新型還提供了一種N型碳化硅功率半導(dǎo)體器件的制造方法，其中N型碳化硅功率半導(dǎo)體器件是指碳化硅襯底102為N型，在本實(shí)用新型的一實(shí)施例中，N型碳化硅功率半導(dǎo)體器件的工藝步驟如下:
[0034]Sll:提供具有重?fù)诫s的N型碳化硅襯底102。
[0035]S12:在N型碳化硅襯底102的正面形成具有重?fù)诫s的緩沖層103，本實(shí)用新型所指正面是指N型碳化硅襯底102的上表面，背面是指N型碳化硅襯底102的下表面。
[0036]S13:在緩沖層103之上通過離子注入或固態(tài)源擴(kuò)散方法形成輕摻雜的碳化硅外延層104;以及通過光刻在碳化娃外延層104內(nèi)形成第一講區(qū)105。
[0037]S14:在碳化硅外延層104上通過淀積形成N型硅接觸層106，N型硅接觸層106為重?fù)诫s，以及通過光刻、離子注入的方法在N型硅接觸層106中形成P型第二阱區(qū)107，P型第二講區(qū)107為輕參雜；
[0038]S15:通過光刻、離子注入的方法在P型第二阱區(qū)107內(nèi)形成N型源極區(qū)108和接觸孔區(qū) 109。
[0039]S16:在N型硅接觸層106上，通過熱生長、刻蝕形成二氧化硅柵氧層110，然后通過淀積、離子注入在二氧化硅柵氧層110上形成多晶硅層111，并通過淀積在多晶硅層111上形成介質(zhì)層112。
[0040]S17:在介質(zhì)層112上淀積金屬以形成源極113，源極113與接觸孔區(qū)109形成歐姆接觸。
[0041]S18:減薄N型碳化硅襯底102，在N型碳化硅襯底102的背面形成漏極101。形成漏極101的方法優(yōu)選為:蒸鍍。減薄的方法可以是任何基片減薄技術(shù)，具體可以是但不限于研磨、化學(xué)機(jī)械拋光、干法刻蝕、電化學(xué)腐蝕或濕法腐蝕方法，優(yōu)選采用研磨方法。
[0042]根據(jù)本實(shí)用新型的實(shí)施例的制作方法，通過在碳化硅外延層之上硅接觸層以及在硅接觸層之上形成二氧化硅柵氧層，使得硅接觸層的硅與二氧化硅柵氧層的二氧化硅的晶格相匹配，能夠大大減小二氧化硅柵氧層與硅接觸層的界面陷阱電荷的數(shù)量，提高溝道載流子的迀移率，同時又具備碳化硅功率半導(dǎo)體器件耐高壓、高溫的特性。
[0043]在本說明書的描述中，參考術(shù)語“一個實(shí)施例”、“一些實(shí)施例”、“示例”、“具體示例”、或“一些示例”等的描述意指結(jié)合該實(shí)施例或示例描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點(diǎn)包含于本實(shí)用新型的至少一個實(shí)施例或示例中。在本說明書中，對上述術(shù)語的示意性表述不一定指的是相同的實(shí)施例或示例。而且，描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點(diǎn)可以在任何的一個或多個實(shí)施例或示例中以合適的方式結(jié)合。
[0044]盡管已經(jīng)示出和描述了本實(shí)用新型的實(shí)施例，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以理解:在不脫離本實(shí)用新型的原理和宗旨的情況下可以對這些實(shí)施例進(jìn)行多種變化、修改、替換和變型，本實(shí)用新型的范圍由權(quán)利要求及其等同物限定。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種碳化硅功率半導(dǎo)體器件，其特征在于，包括: 碳化娃襯底； 形成在所述碳化硅襯底正面的緩沖層，所述緩沖層的導(dǎo)電類型與所述碳化硅襯底的導(dǎo)電類型相同； 形成在所述緩沖層之上的碳化硅外延層以及形成在所述碳化硅外延層內(nèi)的第一阱區(qū)，所述碳化硅外延層的導(dǎo)電類型與所述緩沖層的導(dǎo)電類型相同，與所述第一阱區(qū)的導(dǎo)電類型相反； 形成在所述碳化硅外延層之上的硅接觸層以及形成在所述硅接觸層兩側(cè)的第二阱區(qū)，所述第二阱區(qū)與所述第一阱區(qū)接觸，所述第一阱區(qū)的導(dǎo)電類型與所述第二阱區(qū)的導(dǎo)電類型相同； 形成在每一側(cè)的所述第二阱區(qū)內(nèi)的源極區(qū)和接觸孔區(qū)，所述源極區(qū)的導(dǎo)電類型與所述接觸孔區(qū)的導(dǎo)電類型相反； 依次形成在所述硅接觸層之上的二氧化硅柵氧層、多晶硅柵層和源極；以及 形成在所述碳化硅襯底背面的漏極。2.如權(quán)利要求1所述的碳化硅功率半導(dǎo)體器件，其特征在于，還包括介質(zhì)層，所述介質(zhì)層位于所述多晶硅柵層和所述源極之間。3.如權(quán)利要求2所述的碳化硅功率半導(dǎo)體器件，其特征在于，所述介質(zhì)層的材料為硼磷硅玻璃或聚酰亞胺。4.如權(quán)利要求1所述的碳化硅功率半導(dǎo)體器件，其特征在于，所述緩沖層的摻雜類型為線性分布或類高斯分布。5.如權(quán)利要求1所述的碳化硅功率半導(dǎo)體器件，其特征在于，所述接觸孔區(qū)與所述源極形成歐姆接觸。6.如權(quán)利要求5所述的碳化硅功率半導(dǎo)體器件，其特征在于，所述接觸孔區(qū)的上表面被刻蝕掉部分，被刻蝕掉部分的厚度為3500A—4500A。
【文檔編號】H01L29/06GK205564760SQ201620074515
【公開日】2016年9月7日
【申請日】2016年1月26日
【發(fā)明人】李俊俏, 朱超群, 陳宇
【申請人】比亞迪股份有限公司