本發(fā)明涉及一種電子器件，尤其涉及一種晶體管器件。本發(fā)明還涉及該器件的制備方法。

背景技術(shù)：

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，作為第三代半導(dǎo)體代表的碳化硅材料具有更大的禁帶寬度和臨界擊穿電場(chǎng)，從而適合制造高壓大功率半導(dǎo)體器件。作為國(guó)際上功率電子和新型材料領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)，sic一直以來受到學(xué)界的高度重視，并已在cree、rohm、infineon等公司的攻關(guān)推動(dòng)下，進(jìn)入商業(yè)化階段。

對(duì)于一種高性能高可靠性的功率器件，需要有足夠高的耐壓能力，承受高壓主電路通斷；同時(shí)，要有盡量低的導(dǎo)通電阻，降低器件工作損耗，達(dá)到高效、環(huán)保和節(jié)能的要求。

值得關(guān)注的是，相較于硅基mosfet器件，碳化硅材料的臨界擊穿電場(chǎng)強(qiáng)度可達(dá)到2-3mv/cm，根據(jù)氧化層界面處電通量連續(xù)性原理，器件承受耐壓時(shí)結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)晶體管(jfet)區(qū)上方柵氧化層電場(chǎng)強(qiáng)度很容易超過4mv/cm，嚴(yán)重影響柵氧化層可靠性。因此在傳統(tǒng)器件中，通常采用較窄的jfet區(qū)寬度、較高的p阱摻雜濃度和較大的p阱結(jié)深設(shè)計(jì)，抑制jfet區(qū)上方柵氧化層電場(chǎng)集中。然而，碳化硅基mosfet器件的漂移區(qū)較薄，jfet區(qū)及溝道電阻占器件導(dǎo)通電阻比例較大，因此還需增加jfet區(qū)摻雜濃度，降低該區(qū)域?qū)娮瑁缙拭鎴D1a及俯視圖1b所示。

另外，也可采用離子注入工藝在jfet區(qū)形成高摻雜p型區(qū)域，利用反偏pn結(jié)耗盡區(qū)來抑制柵氧化層電場(chǎng)集中，如剖面圖2a及俯視圖2b所示。但該方法會(huì)減小jfet區(qū)的有效寬度，增大了器件導(dǎo)通電阻。

減小jfet區(qū)寬度并增大p阱區(qū)摻雜濃度和結(jié)深，一方面增大了器件導(dǎo)通電阻，另一方面需采用高能高劑量鋁離子注入，增大了工藝難度。而采用離子注入 工藝在jfet區(qū)形成高摻雜p型區(qū)域，會(huì)抑制jfet區(qū)的載流子集中，增大器件導(dǎo)通電阻。因此，現(xiàn)有技術(shù)中的這兩種方案的效果均不令人滿意。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，有效增強(qiáng)柵氧化層耐壓特性，提高柵氧化層可靠性，本發(fā)明提出一種采用jfet區(qū)p型及n型注入的改進(jìn)型碳化硅金屬-氧化物-半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(mosfet)器件。以器件剖面沿溝道方向?yàn)閤軸，器件剖面垂直于溝道方向?yàn)閥軸，則沿z軸方向，在jfet區(qū)交替形成p型摻雜及n型摻雜區(qū)域，利用電荷平衡原理，有效減小柵氧化層電場(chǎng)強(qiáng)度。繼而充分?jǐn)U展設(shè)計(jì)余量，通過采用較寬的jfet區(qū)結(jié)構(gòu)，減小器件導(dǎo)通電阻。

本發(fā)明提供了一種碳化硅mosfet器件，其特征在于，在所述mosfet器件的jfet區(qū)，沿垂直于溝道并平行于sio2/sic界面的方向上交替分布有p型摻雜區(qū)域和n型摻雜區(qū)域。

如剖面圖3a及俯視圖3b所示，本發(fā)明中的碳化硅mosfet器件，采用p型和n型摻雜區(qū)域交替排布的jfet區(qū)。

在器件導(dǎo)通狀態(tài)下，電流通過n型摻雜區(qū)域擴(kuò)展至n型外延層。在器件關(guān)斷狀態(tài)下，基于電荷平衡原理，p型和n型摻雜區(qū)域全部耗盡，從而完全屏蔽柵氧化層處的電場(chǎng)，提高柵氧化層可靠性。

采用這一方案后，即可設(shè)計(jì)相對(duì)較寬的jfet區(qū)，保證器件低的導(dǎo)通電阻。

在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，在所述jfet區(qū)中，所述p型摻雜區(qū)域的個(gè)數(shù)為一個(gè)或多個(gè)，所述n型摻雜區(qū)域的個(gè)數(shù)為一個(gè)或多個(gè)。

在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，在垂直于溝道并平行于sio2/sic界面的方向上(即在z軸方向上)，每個(gè)p型摻雜區(qū)域的寬度與其摻雜劑量的乘積均相等，并等于每個(gè)n型摻雜區(qū)域的寬度與其摻雜劑量的乘積。由此，在器件關(guān)斷狀態(tài)下，可以實(shí)現(xiàn)電荷平衡，p型和n型摻雜區(qū)域全部耗盡，從而完全屏蔽柵氧化層處的電場(chǎng)，提高柵氧化層可靠性。

在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，在垂直于溝道并平行于sio2/sic界面的方向上，p型摻雜區(qū)域和/或n型摻雜區(qū)域的寬度為1μm至5μm。結(jié)合器件元胞設(shè)計(jì)尺寸，并考慮離子注入工藝的對(duì)準(zhǔn)精度，該寬度尤為適宜。

優(yōu)選的，p型和n型摻雜區(qū)域結(jié)深為0.2μm至1μm，y方向長(zhǎng)度為2μm至6μm， 貫穿整個(gè)jfet區(qū)。

在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，在所述p型摻雜區(qū)域和所述n型摻雜區(qū)域中摻雜劑量分別在1×10¹²cm^-2至5×10¹³cm^-2的范圍內(nèi)。該摻雜劑量的單位cm^-2是離子注入工藝中約定俗成的單位，表示每平方厘米材料上注入的離子數(shù)量。本發(fā)明的發(fā)明人經(jīng)過大量實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，該優(yōu)選的摻雜劑量的范圍能夠使得摻雜均勻，具有特別良好的摻雜效果。在保證電荷平衡的前提下，考慮到離子注入工藝在濃度控制方面的難易程度，過高或過低都較難實(shí)現(xiàn)均勻摻雜。另外，摻雜劑量過高還會(huì)引入額外的雪崩效應(yīng)。

本發(fā)明的另一個(gè)目的在于，提供制備上述器件的方法，包括如下步驟：

1)在sic襯底上外延生長(zhǎng)出n^-漂移層；

2)在步驟1)制得的n^-漂移層上進(jìn)行兩次或兩次以上、優(yōu)選三次或四次鋁離子注入，形成p阱；

3)在步驟2)形成的p阱上進(jìn)行鋁離子注入，形成p⁺接觸；

4)在步驟3)制得的形成了p⁺接觸的p阱上進(jìn)行氮離子注入，形成n⁺接觸；

5)在jfet區(qū)進(jìn)行氮離子注入，形成n^-區(qū)域；

6)在jfet區(qū)進(jìn)行鋁離子注入，形成p^-區(qū)域；

7)采用碳膜保護(hù)進(jìn)行退火；

8)在1100℃至1400℃溫度下、優(yōu)選在1200℃至1350℃溫度下，干氧熱生長(zhǎng)40至100nm、優(yōu)選40至60nmsio2柵介質(zhì)；

9)在sio2柵介質(zhì)上淀積0.4至0.6um、摻雜濃度為1×10²⁰cm^-3至3×10²⁰cm^-3的多晶硅；

10)干法刻蝕形成多晶硅柵電極圖形；

11)在源區(qū)n⁺接觸、p⁺接觸和sic晶圓背面淀積30至100nmti以及100至300nmal，作為歐姆接觸金屬，并退火，以形成歐姆接觸。

在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，在上述方法中的步驟9)中，所述淀積采用低壓化學(xué)氣相淀積法進(jìn)行。

制造前述具有交替排布p型及n型摻雜區(qū)域的sicmosfet，關(guān)鍵在于jfet區(qū)p型及n型雜質(zhì)的離子注入及退火激活，其工藝流程參見圖4。

在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，步驟1)中所述的n^-漂移層的厚度為10至13um，氮離子摻雜濃度為1×10¹⁵cm^-3至9×10¹⁵cm^-3；

步驟2)中所述的p阱的深度為0.5至1.0um、摻雜濃度為1×10¹⁸cm^-3至5×10¹⁸cm^-3；

步驟3)中所述的p⁺接觸的結(jié)深為0.2至0.3um，摻雜濃度為1×10¹⁹cm^-3至5×10¹⁹cm^-3；

步驟4)中所述的n⁺接觸的結(jié)深為0.2至0.3um，摻雜濃度為1×10¹⁹cm^-3至5×10¹⁹cm^-3；

步驟5)中所述的n^-區(qū)域的結(jié)深為0.2至1.0um、摻雜濃度為5×10¹⁶cm^-3至5×10¹⁷cm^-3；并且

步驟6)中所述的p^-區(qū)域的結(jié)深為0.2至1.0um、摻雜濃度為5×10¹⁶cm^-3至5×10¹⁷cm^-3。

在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，步驟7)中所述的退火在1600℃至1800℃溫度下進(jìn)行，退火時(shí)間為3至10min，所述退火優(yōu)選在退火爐中進(jìn)行，更優(yōu)選在碳化硅專用高溫退火爐中進(jìn)行。

在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，步驟8)所述干氧熱生長(zhǎng)在氧化爐中進(jìn)行，優(yōu)選在碳化硅專用高溫氧化爐中進(jìn)行。

在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，步驟11)中所述退火在800℃至1000℃的溫度下并在惰性氣體氣氛、優(yōu)選氮?dú)夥罩羞M(jìn)行，所述退火的退火時(shí)間為2至5min。

在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，本發(fā)明的制備上述器件的方法包括如下步驟：

1)在sic襯底上外延生長(zhǎng)厚度為10至13um、氮離子摻雜濃度為1×10¹⁵cm^-3至9×10¹⁵cm^-3的n^-漂移層(見圖5)；

2)在厚度為10至13um、氮離子摻雜濃度為1×10¹⁵cm^-3至9×10¹⁵cm^-3的步驟1)制得的n^-漂移層上進(jìn)行三次或四次鋁離子注入，形成深度為0.5至1.0um、摻雜濃度為1×10¹⁸cm^-3至5×10¹⁸cm^-3的p阱(見圖6)；

3)在步驟2)形成的p阱上進(jìn)行鋁離子注入，形成結(jié)深為0.2至0.3um、摻雜濃度為1×10¹⁹cm^-3至5×10¹⁹cm^-3的p⁺接觸(見圖7)；

4)在步驟3)制得的形成了p⁺接觸的p阱上進(jìn)行氮離子注入，形成結(jié)深為0.2至0.3um、摻雜濃度為1×10¹⁹cm^-3至5×10¹⁹cm^-3的n⁺接觸(見圖8)；

5)在jfet區(qū)進(jìn)行氮離子注入，形成結(jié)深為0.2至1.0um、摻雜濃度為 5×10¹⁶cm^-3至5×10¹⁷cm^-3的n^-區(qū)域(見圖9，包括圖9a和圖9b)；

6)在jfet區(qū)進(jìn)行鋁離子注入，形成結(jié)深為0.2至1.0um、摻雜濃度為5×1016cm^-3至5×10¹⁷cm^-3的p^-區(qū)域(見圖10，包括圖10a和圖10b)；

7)在高溫退火爐中，采用碳膜保護(hù)，在1600℃至1800℃溫度下，退火3至10min；

8)在高溫氧化爐中，1200℃至1350℃溫度下，干氧熱生長(zhǎng)40至60nmsio2柵介質(zhì)(見圖11)；

9)在sio2柵介質(zhì)上采用低壓化學(xué)氣相淀積法淀積0.4至0.6um、摻雜濃度為1×10²⁰cm^-3至3×10²⁰cm^-3的多晶硅(見圖12)；

10)干法刻蝕形成多晶硅柵電極圖形(見圖13)；

11)在源區(qū)n⁺接觸、p⁺接觸和sic晶圓背面淀積30至100nmti和100至300nmal，作為歐姆接觸金屬，并在800℃至1000℃氮?dú)夥諊型嘶?至5min形成歐姆接觸(見圖14)。

在本發(fā)明的上下文中，“碳化硅”是指一種固態(tài)晶體，和半導(dǎo)體硅一樣是一種半導(dǎo)體材料，可用于制造半導(dǎo)體器件和集成電路。由于其禁帶寬度較大，臨界擊穿電場(chǎng)較高，常用于制造功率器件。

在本發(fā)明的上下文中，“外延”是指材料生長(zhǎng)的一種方式，其生長(zhǎng)的材料是晶體。例如在碳化硅上外延一層高阻的碳化硅層。

在本發(fā)明的上下文中，“結(jié)終端”(有時(shí)簡(jiǎn)稱“終端”)是指功率半導(dǎo)體器件中為減少電場(chǎng)集中從而提高耐壓而專門做的結(jié)構(gòu)。

在本發(fā)明的上下文中，“硅基器件”是指一種基于半導(dǎo)體硅制造的器件，通常是以半導(dǎo)體硅片作為主要材料制作成的器件。

在本發(fā)明的上下文中，“n型”(“p型”)是指半導(dǎo)體材料的一種屬性，若摻雜后的半導(dǎo)體主要由電子(空穴)導(dǎo)電則成為n型(p型)半導(dǎo)體。

本發(fā)明的有益效果在于：相對(duì)于現(xiàn)有的mosfet器件，本發(fā)明的mosfet器件利用電荷平衡原理，可有效減小耐壓時(shí)柵氧化層電場(chǎng)強(qiáng)度，提高柵氧化層可靠性，從而可采用較寬的jfet區(qū)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)低的導(dǎo)通電阻。

附圖說明

圖1a及1b分別為傳統(tǒng)sicmosfet器件的剖面結(jié)構(gòu)圖及俯視結(jié)構(gòu)圖。

圖2a及2b分別為現(xiàn)有技術(shù)中的jfet區(qū)p+注入sicmosfet器件的剖面結(jié)構(gòu)圖及俯視結(jié)構(gòu)圖。

圖3a及3b分別為本發(fā)明的具有n型及p型jfet區(qū)注入的sicmosfet器件的剖面結(jié)構(gòu)圖及俯視結(jié)構(gòu)圖。

圖4為本發(fā)明的交替排布有p型及n型摻雜區(qū)域的sicmosfet的制造方法的流程圖。

圖5-14分別為外延層生長(zhǎng)、p阱注入、p+注入、n+注入、jfet區(qū)n-注入、jfet區(qū)p-注入、熱生長(zhǎng)柵氧化層、多晶硅淀積、多晶硅圖形化、歐姆金屬接觸工序示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合非限制性的具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于下述實(shí)施例。

實(shí)施例1

制備本發(fā)明的碳化硅mosfet器件，包括如下步驟：

1)在sic襯底上外延生長(zhǎng)厚度為10至13um、氮離子摻雜濃度為1×10¹⁵cm^-3至9×10¹⁵cm^-3的n^-漂移層(見圖5)；

2)在厚度為10至13um、氮離子摻雜濃度為1×10¹⁵cm^-3至9×10¹⁵cm^-3的步驟1)制得的n^-漂移層上進(jìn)行三次或四次鋁離子注入，形成深度為0.5至1.0um、摻雜濃度為1×10¹⁸cm^-3至5×10¹⁸cm^-3的p阱(見圖6)；

3)在步驟2)形成的p阱上進(jìn)行鋁離子注入，形成結(jié)深為0.2至0.3um、摻雜濃度為1×10¹⁹cm^-3至5×10¹⁹cm^-3的p⁺接觸(見圖7)；

4)在步驟3)制得的形成了p⁺接觸的p阱上進(jìn)行氮離子注入，形成結(jié)深為0.2至0.3um、摻雜濃度為1×10¹⁹cm^-3至5×10¹⁹cm^-3的n⁺接觸(見圖8)；

5)在jfet區(qū)進(jìn)行氮離子注入，形成結(jié)深為0.2至1.0um、摻雜濃度為5×10¹⁶cm^-3至5×10¹⁷cm^-3的n^-區(qū)域(見圖9，包括圖9a和圖9b)；

6)在jfet區(qū)進(jìn)行鋁離子注入，形成結(jié)深為0.2至1.0um、摻雜濃度為5×1016cm^-3至5×10¹⁷cm^-3的p^-區(qū)域(見圖10，包括圖10a和圖10b)；

7)在高溫退火爐中，采用碳膜保護(hù)，在1600℃至1800℃溫度下，退火3至 10min；

8)在高溫氧化爐中，1200℃至1350℃溫度下，干氧熱生長(zhǎng)40至60nmsio2柵介質(zhì)(見圖11)；

9)在sio2柵介質(zhì)上采用低壓化學(xué)氣相淀積法淀積0.4至0.6um、摻雜濃度為1×10²⁰cm^-3至3×10²⁰cm^-3的多晶硅(見圖12)；

10)干法刻蝕形成多晶硅柵電極圖形(見圖13)；

11)在源區(qū)n⁺接觸、p⁺接觸和sic晶圓背面淀積30至100nmti和100至300nmal，作為歐姆接觸金屬，并在800℃至1000℃氮?dú)夥諊型嘶?至5min形成歐姆接觸(見圖14)。

應(yīng)當(dāng)注意的是，以上所述的實(shí)施例僅用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的任何限制。通過參照典型實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了描述，但應(yīng)當(dāng)理解為其中所用的詞語為描述性和解釋性詞匯，而不是限定性詞匯?？梢园匆?guī)定在本發(fā)明權(quán)利要求的范圍內(nèi)對(duì)本發(fā)明作出修改，以及在不背離本發(fā)明的范圍和精神內(nèi)對(duì)本發(fā)明進(jìn)行修訂。盡管其中描述的本發(fā)明涉及特定的方法、材料和實(shí)施例，但是并不意味著本發(fā)明限于其中公開的特定例，相反，本發(fā)明可擴(kuò)展至其他所有具有相同功能的方法和應(yīng)用。