一種新型碳化硅mos器件及其制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種新型的碳化硅MOS器件及其制造方法，本發(fā)明在干法刻蝕后形成的粗糙度較大的柵槽內(nèi)表面外延一層P－外延層，由于外延層之后的P－外延層的表面粗糙度較低，所以導(dǎo)電溝道中載流子碰撞或散射幾率會(huì)降低，從而提高碳化硅MOS器件反型溝道載流子遷移率，達(dá)到降低器件導(dǎo)通電阻的目的。
【專利說(shuō)明】一種新型碳化硅MOS器件及其制造方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及電子電路【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種新型碳化硅M0S器件及其制造方法。

【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)有技術(shù)形成的碳化硅槽柵功率M0S器件使用干法刻蝕柵槽?？涛g后的柵槽側(cè)壁和底部表面粗糙度較大，碳化硅槽柵功率M0S器件工作時(shí)柵槽側(cè)壁，作為器件的導(dǎo)電溝道，導(dǎo)電溝道表面粗糙度較高，會(huì)使器件通過(guò)反型溝道層載流子離子碰撞的幾率較大，離子散射現(xiàn)象加劇，致使碳化硅槽柵功率M0S器件溝道電子遷移率極低。
[0003]因此現(xiàn)在需要一種新型的碳化硅M0S器件，以降低導(dǎo)電溝道表面粗糙度、從而降低導(dǎo)電溝道中載流子碰撞或散射幾率。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明提供了一種新型碳化硅M0S器件及其制造方法，本發(fā)明能夠降低導(dǎo)電溝道表面粗糙度、從而降低導(dǎo)電溝道中載流子碰撞或散射幾率。
[0005]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了以下內(nèi)容:
[0006]一種新型碳化硅M0S器件，包括:
[0007]SiC襯底、設(shè)置于所述SiC襯底上方的N—外延層、設(shè)置于所述N—外延層上方的P+外延層、設(shè)置于所述P+外延層上方的N+外延層、貫穿所述N+外延層和P+外延層并嵌入N —外延層的柵槽、設(shè)置于柵槽上方的Si02氧化層、設(shè)置于Si02氧化層上方的柵極，設(shè)置于N+外延層上方的源極，設(shè)置于SiC襯底下方的漏極，以及在所述柵槽的內(nèi)表面外延的P—外延層。
[0008]優(yōu)選的，所述P 一夕卜延層的厚度為0.01?0.lum。
[0009]優(yōu)選的，所述P —外延層摻雜濃度為1 X 1016cm_3?1 X 1017cm_3。
[0010]優(yōu)選的，所述P—外延層的摻雜介質(zhì)為鋁或硼。
[0011]一種新型碳化硅M0S器件的制造方法，包括:
[0012]在SiC襯底上外延N 一外延層；
[0013]在所述N 一外延層(7)上外延P+外延層；
[0014]在所述P+外延層上外延的N+外延層；
[0015]干法刻蝕所述N—外延層、P+外延層和N+外延層形成柵槽；
[0016]在柵槽內(nèi)表面外延P外延層；
[0017]在所述P —外延層熱氧化Si02氧化層；
[0018]在Si02氧化層上方淀積多晶硅覆蓋柵槽內(nèi)部形成柵極；
[0019]在N+外延層上方構(gòu)建源極；
[0020]在SiC襯底下方構(gòu)建的漏極。
[0021]優(yōu)選的，所述在SiC襯底上外延N—外延層具體包括:在SiC襯底上外延摻雜濃度為1 X 1015cm 3?1 X 1016cm 3,生長(zhǎng)厚度為5?35um的N外延層；
[0022]所述在所述N—外延層上外延P+外延層具體包括:在N—外延層上外延摻雜濃度為1 X 1018cm 3?5 X 1018cm 3,生長(zhǎng)厚度為0.5?2um的P+外延層；
[0023]所述在所述P+外延層上外延的N+外延層具體包括:在P+外延層上外延摻雜濃度為1 X 1019cm 3?5 X 1019cm 3,生長(zhǎng)厚度為0.2?0.3um的N+外延層。
[0024]優(yōu)選的，所述在柵槽內(nèi)表面外延P—外延層具體包括:
[0025]在柵槽的內(nèi)表面外延一層摻雜濃度為lX1016cm_3?1 X 1017cm_3、厚度為0.01?0.lum的P—外延層。
[0026]優(yōu)選的，所述在所述P—外延層熱氧化Si02氧化層具體包括:
[0027]在高溫氧化爐中1200°C?1350°C溫度下干氧熱氧化在柵槽側(cè)壁上生長(zhǎng)20?60nmSi02氧化層。
[0028]優(yōu)選的，所述在Si02氧化層上方淀積多晶硅覆蓋柵槽內(nèi)部形成柵極具體包括:
[0029]在Si02氧化層上采用低壓化學(xué)氣相淀積法淀積摻雜濃度為1 X 1020cm-3?3X1020cm-3的多晶硅覆蓋器件柵槽，將多晶硅作為柵極。
[0030]優(yōu)選的，在N+外延層上方構(gòu)建源極和在SiC襯底下方構(gòu)建的漏極具體包括:
[0031]在N+外延層上方和SiC襯底背面淀積30?lOOnm Ti和100?300nm A1合金，作為歐姆接觸金屬，并在800°C?1000°C氮?dú)夥諊型嘶??5min形成歐姆接觸，形成源極和漏極。
[0032]本發(fā)明提供了一種新型的碳化硅M0S器件及其制造方法，本發(fā)明在干法刻蝕后形成的粗糙度較大的柵槽內(nèi)表面外延一層P—外延層，由于外延層之后的P—外延層的表面粗糙度較低，所以導(dǎo)電溝道中載流子碰撞或散射幾率會(huì)降低，從而提高碳化硅M0S器件反型溝道載流子遷移率，達(dá)到降低器件導(dǎo)通電阻的目的。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0033]為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0034]圖1為本發(fā)明實(shí)施例公開(kāi)的一種新型的碳化硅M0S器件的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0035]圖2為本發(fā)明實(shí)施例公開(kāi)的一種新型的碳化硅M0S器件的導(dǎo)電時(shí)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0036]圖3為本發(fā)明實(shí)施例公開(kāi)的一種新型的碳化硅M0S器件制造方法的流程圖；
[0037]圖4a_4h為本發(fā)明實(shí)施例公開(kāi)的與新型的碳化硅M0S器件制造方法對(duì)應(yīng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0038]下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0039]如圖1所示，本發(fā)明提供了一種新型碳化硅M0S器件，包括:SiC襯底8、設(shè)置于所述SiC襯底8上方的N—外延層7、設(shè)置于所述N—外延層7上方的P+外延層6、設(shè)置于所述P+外延層6上方的N+外延層5、貫穿所述N+外延層5和P+外延層6并嵌入N—外延層7的柵槽、設(shè)置于柵槽上方的Si02氧化層2、設(shè)置于Si02氧化層2上方的柵極1，設(shè)置于N+外延層5上方的源極4，設(shè)置于SiC襯底8下方的漏極9，此外，在所述柵槽的內(nèi)表面外延有P 一外延層3。
[0040]優(yōu)選的，所述P—外延層3的厚度為0.01?0.lum，所述P—外延層3摻雜濃度為1 X 1016cm_3?1 X 1017cm_3，所述P —外延層3的摻雜介質(zhì)為鋁，當(dāng)然摻雜介質(zhì)還可以是其他三價(jià)元素，例如:硼。
[0041]本發(fā)明提出新型碳化硅M0S器件，在干法刻蝕后形成的粗糙度較大的柵槽內(nèi)表面外延一層P—外延層，由于外延層之后的P—外延層的表面粗糙度較低，所以導(dǎo)電溝道中載流子碰撞或散射幾率會(huì)降低，從而提高碳化硅M0S器件反型溝道載流子遷移率，達(dá)到降低器件導(dǎo)通電阻的目的。
[0042]新型碳化硅M0S器件導(dǎo)通原理:在柵極1加正電壓Ues，柵極Si02介質(zhì)是絕緣的，所以不會(huì)有柵極1電流流過(guò)，但柵極1的正電壓會(huì)將其下面P—外延層3中的空穴推開(kāi)，而將P+外延層6和N—外延層7中的電子吸引到P—外延層3,當(dāng)UGS大于開(kāi)啟電壓或閾值電壓時(shí)，P —外延層3的電子濃度將超過(guò)空穴濃度，使P —外延層3反型成N型而成為N型反型層3’，該反型層形成N溝道而使PN結(jié)消失，漏極9和源極4導(dǎo)電。如圖2所示為漏極9和源極4導(dǎo)電時(shí)的電流方向示意圖。
[0043]為了使上述新型碳化硅M0S器件投產(chǎn)使用，本發(fā)明還提供了一種新型碳化硅M0S器件的制造方法，如圖3所示，包括:
[0044]步驟S101:在SiC襯底8上外延N—外延層7 ；
[0045]在具體實(shí)施時(shí)，在SiC襯底8上外延摻雜濃度為1 X 1015cm_3?1 X 1016cm_3，生長(zhǎng)厚度為5?35um的N—外延層7 ;在步驟S101后得到的碳化硅M0S器件如圖4a所示。
[0046]步驟S102:在所述N—外延層7上外延P+外延層6 ；
[0047]在具體實(shí)施時(shí)，在N—外延層7上外延摻雜濃度為lX1018cm_3?5X1018cm_3，生長(zhǎng)厚度為0.5?2um的P+外延層6 ;在步驟S102后得到的碳化硅M0S器件如圖4b所示。
[0048]步驟S103:在所述P+外延層6上外延的N+外延層5 ；
[0049]在具體實(shí)施時(shí)，在P+外延層6上外延摻雜濃度為lX1019cm_3?5X1019cm_3，生長(zhǎng)厚度為0.2?0.3um的N+外延層5，在步驟S103后得到的碳化硅M0S器件如圖4c所示。
[0050]步驟S104:干法刻蝕所述N—外延層7、P+外延層6和N+外延層5形成柵槽；
[0051]在步驟S104后得到的碳化硅M0S器件如圖4d所示。
[0052]步驟S105:在柵槽內(nèi)表面外延P —外延層3 ；
[0053]在具體實(shí)施時(shí)，在柵槽的內(nèi)表面外延一層摻雜濃度為lX1016cm_3?lX1017cm_3、厚度為0.01?0.lum的P—外延層3，在步驟S105后得到的碳化硅M0S器件如圖4e所示。
[0054]步驟S106:在所述P —外延層3熱氧化Si02氧化層2 ；
[0055]在具體實(shí)施時(shí)，在高溫氧化爐中1200°C?1350°C溫度下干氧熱氧化在柵槽側(cè)壁上生長(zhǎng)20?60nm Si02氧化層2，在步驟S106后得到的碳化硅M0S器件如圖4f所示。
[0056]步驟S107:在Si02氧化層2上方淀積多晶硅覆蓋柵槽內(nèi)部形成柵極1 ;
[0057]在具體實(shí)施時(shí)，在Si02氧化層2上采用低壓化學(xué)氣相淀積法淀積摻雜濃度為lX102°cm_3?3X102°cm_3的多晶硅覆蓋器件柵槽，將多晶硅作為柵極1，在步驟S107后得到的碳化硅MOS器件如圖4g所示。
[0058]步驟S108:在N+外延層5上方構(gòu)建源極4 ;在SiC襯底8下方構(gòu)建的漏極9。
[0059]在具體實(shí)施時(shí)，在N+外延層5上方和SiC襯底8背面淀積30?lOOnm Ti和100?300nm A1合金，作為歐姆接觸金屬，并在800°C?1000°C氮?dú)夥諊型嘶??5min形成歐姆接觸，形成源極4和漏極9，在步驟S108后得到的碳化硅M0S器件如圖4h所示。
[0060]本實(shí)施例方法所述的功能如果以軟件功能單元的形式實(shí)現(xiàn)并作為獨(dú)立的產(chǎn)品銷(xiāo)售或使用時(shí)，可以存儲(chǔ)在一個(gè)計(jì)算設(shè)備可讀取存儲(chǔ)介質(zhì)中?；谶@樣的理解，本發(fā)明實(shí)施例對(duì)現(xiàn)有技術(shù)做出貢獻(xiàn)的部分或者該技術(shù)方案的部分可以以軟件產(chǎn)品的形式體現(xiàn)出來(lái)，該軟件產(chǎn)品存儲(chǔ)在一個(gè)存儲(chǔ)介質(zhì)中，包括若干指令用以使得一臺(tái)計(jì)算設(shè)備(可以是個(gè)人計(jì)算機(jī)，服務(wù)器，移動(dòng)計(jì)算設(shè)備或者網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等)執(zhí)行本發(fā)明各個(gè)實(shí)施例所述方法的全部或部分步驟。而前述的存儲(chǔ)介質(zhì)包括:u盤(pán)、移動(dòng)硬盤(pán)、只讀存儲(chǔ)器(ROM,Read-Only Memory)、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM, Random Access Memory)、磁碟或者光盤(pán)等各種可以存儲(chǔ)程序代碼的介質(zhì)。
[0061]本說(shuō)明書(shū)中各個(gè)實(shí)施例采用遞進(jìn)的方式描述，每個(gè)實(shí)施例重點(diǎn)說(shuō)明的都是與其它實(shí)施例的不同之處，各個(gè)實(shí)施例之間相同或相似部分互相參見(jiàn)即可。
[0062]對(duì)所公開(kāi)的實(shí)施例的上述說(shuō)明，使本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)或使用本發(fā)明。對(duì)這些實(shí)施例的多種修改對(duì)本領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)人員來(lái)說(shuō)將是顯而易見(jiàn)的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，在其它實(shí)施例中實(shí)現(xiàn)。因此，本發(fā)明將不會(huì)被限制于本文所示的這些實(shí)施例，而是要符合與本文所公開(kāi)的原理和新穎特點(diǎn)相一致的最寬的范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種新型碳化硅MOS器件，其特征在于，包括: SiC襯底(8)、設(shè)置于所述SiC襯底(8)上方的N—外延層(7)、設(shè)置于所述N—外延層(7)上方的P+外延層￠)、設(shè)置于所述P+外延層(6)上方的N+外延層(5)、貫穿所述N+外延層(5)和P+外延層(6)并嵌入N—外延層(7)的柵槽、設(shè)置于柵槽上方的S12氧化層(2)、設(shè)置于S12氧化層(2)上方的柵極(I)，設(shè)置于N+外延層(5)上方的源極(4)，設(shè)置于SiC襯底(8)下方的漏極(9)，以及在所述柵槽的內(nèi)表面外延的P—外延層(3)。
2.如權(quán)利要求1所述的新型碳化硅MOS器件，其特征在于，所述P—外延層(3)的厚度為 0.01 ?0.lum。
3.如權(quán)利要求1所述的新型碳化硅MOS器件，其特征在于，所述P—外延層(3)摻雜濃度為 I X 116Cm 3 ?I X 117Cm 3。
4.如權(quán)利要求3所述的新型碳化硅MOS器件，其特征在于，所述P—外延層(3)的摻雜介質(zhì)為招或硼。
5.一種新型碳化硅MOS器件的制造方法，其特征在于，包括: 在SiC襯底⑶上外延N—外延層(7)； 在所述N—外延層(7)上外延P+外延層(6)； 在所述P+外延層(6)上外延的N+外延層(5)； 干法刻蝕所述N—外延層(7)、P+外延層(6)和N+外延層(5)形成柵槽； 在柵槽內(nèi)表面外延P—外延層(3)； 在所述P—外延層⑶熱氧化S12氧化層⑵； 在S12氧化層(2)上方淀積多晶硅覆蓋柵槽內(nèi)部形成柵極(I)； 在N+外延層(5)上方構(gòu)建源極⑷； 在SiC襯底(8)下方構(gòu)建的漏極(9)。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述在SiC襯底(8)上外延N—外延層(7)具體包括:在SiC襯底⑶上外延摻雜濃度為I X 115CnT3?I X 11W3,生長(zhǎng)厚度為5?35um的N—外延層(7)； 所述在所述N—外延層(7)上外延P+外延層(6)具體包括:在N一外延層(7)上外延摻雜濃度為I X 118CnT3?SXlO1W,生長(zhǎng)厚度為0.5?2um的P+外延層(6)； 所述在所述P+外延層(6)上外延的N+外延層(5)具體包括:在P+外延層(6)上外延摻雜濃度為I X 119CnT3?5 X 1019cnT3，生長(zhǎng)厚度為0.2?0.3um的N+外延層(5)。
7.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述在柵槽內(nèi)表面外延P—外延層(3)具體包括: 在柵槽的內(nèi)表面外延一層摻雜濃度為IX 116CnT3?IX 1017cm_3、厚度為0.01?0.1um的P —外延層⑶。
8.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述在所述P—外延層(3)熱氧化S12氧化層⑵具體包括: 在高溫氧化爐中1200°C?1350°C溫度下干氧熱氧化在柵槽側(cè)壁上生長(zhǎng)20?60nmS12氧化層(2)。
9.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述在S12氧化層(2)上方淀積多晶硅覆蓋柵槽內(nèi)部形成柵極(I)具體包括: 在S12氧化層⑵上采用低壓化學(xué)氣相淀積法淀積摻雜濃度為lX102°cm_3?3 X 120Cm-3的多晶硅覆蓋器件柵槽，將多晶硅作為柵極(I)。
10.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，在N+外延層(5)上方構(gòu)建源極(4)和在SiC襯底(8)下方構(gòu)建的漏極(9)具體包括: 在N+外延層(5)上方和SiC襯底⑶背面淀積30?10nm Ti和100?300nm Al合金，作為歐姆接觸金屬，并在800°C?1000°C氮?dú)夥諊型嘶??5min形成歐姆接觸，形成源極⑷和漏極(9)。
【文檔編號(hào)】H01L29/78GK104282765SQ201410619955
【公開(kāi)日】2015年1月14日 申請(qǐng)日期:2014年11月6日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月6日
【發(fā)明者】趙艷黎, 劉可安, 李誠(chéng)瞻, 高云斌, 蔣華平, 吳佳, 丁榮軍 申請(qǐng)人:株洲南車(chē)時(shí)代電氣股份有限公司