本發(fā)明涉及半導(dǎo)體，尤其涉及一種基于對(duì)稱性分裂柵結(jié)構(gòu)的溝槽型sicmosfet器件及制備方法。

背景技術(shù)：

1、相比硅材料，碳化硅（silicon?carbide,?sic）材料具有更寬的禁帶寬度、更高的臨界電場(chǎng)、更快的載流子飽和漂移速度和更高的熱導(dǎo)率。這些優(yōu)越特性使sic成為制備高壓電力電子器件的理想材料，廣泛應(yīng)用于大功率、高溫、高壓及抗輻照等電力電子領(lǐng)域，展現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景。

2、sic?mosfet是一種柵控型器件，具有單極輸運(yùn)工作機(jī)制的特點(diǎn)，無(wú)電荷存儲(chǔ)效應(yīng)。與雙極性器件相比，它能實(shí)現(xiàn)更低的開關(guān)損耗和更高的頻率特性。其低導(dǎo)通電阻和優(yōu)異的高溫特性，使sic?mosfet成為新一代低損耗功率器件中極具競(jìng)爭(zhēng)力的選擇。

3、然而，溝槽型sic?mosfet的發(fā)展受限于工藝水平和柵氧的可靠性問題。溝槽的形成對(duì)刻蝕工藝有極高的要求：一方面，刻蝕方法影響側(cè)壁表面的粗糙度；另一方面，刻蝕角度決定了溝道晶面和柵槽拐角的形狀，進(jìn)而影響溝道遷移率和柵氧可靠性。在溝槽型sicmosfet中，柵槽位于耐壓漂移區(qū)內(nèi)，在阻斷狀態(tài)下，溝槽拐角處容易出現(xiàn)電場(chǎng)集中現(xiàn)象，使柵氧電場(chǎng)峰值遠(yuǎn)超sio2材料的臨界擊穿電場(chǎng)，增加?xùn)叛跆崆皳舸┑娘L(fēng)險(xiǎn)。

4、為緩解溝槽拐角的電場(chǎng)集中效應(yīng)，通常在柵槽刻蝕后于槽底引入p型屏蔽層。通過這一設(shè)計(jì)，器件擊穿時(shí)電場(chǎng)峰值從柵氧化層轉(zhuǎn)移至由p型屏蔽層和n型漂移區(qū)組成的pn結(jié)，從而提高柵氧的可靠性。p型屏蔽層可采用浮空或接地兩種方式，其中接地方式可以更有效地提升柵氧可靠性，但其工藝實(shí)現(xiàn)難度較高。因此，如何設(shè)計(jì)出一種既能優(yōu)化p型屏蔽層接地工藝又能保證高可靠性的sic?mosfet結(jié)構(gòu)，成為亟待解決的重要課題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)以上技術(shù)問題，本發(fā)明提出一種基于對(duì)稱性分裂柵結(jié)構(gòu)的溝槽型sic?mosfet器件及制備方法，在mosfet器件中設(shè)計(jì)倒t型p+屏蔽層，實(shí)現(xiàn)p+屏蔽層與源極的直接接觸，同時(shí)設(shè)計(jì)上下左右對(duì)稱的分裂柵結(jié)構(gòu)，減少柵極與漏極的交疊面積，降低兩者間的耦合效應(yīng)，減少器件開關(guān)損耗。另外，引入多級(jí)電流擴(kuò)展層，擴(kuò)大電子的導(dǎo)通路徑，增加電子濃度，提升器件的熱性能和可靠性。

2、為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

3、第一方面，本發(fā)明提供一種基于對(duì)稱性分裂柵結(jié)構(gòu)的溝槽型sic?mosfet器件的制備方法，包括：

4、?s1、制備sic襯底，在所述sic襯底表面生長(zhǎng)外延層，以及，在所述外延層中形成p+屏蔽層和對(duì)稱的電流擴(kuò)展層；

5、?s2、在經(jīng)s1處理后的外延層表面繼續(xù)生長(zhǎng)sic外延層，通過高能離子注入延伸所述p+屏蔽層，并在所述電流擴(kuò)展層表面生成對(duì)稱的p井區(qū)、n+區(qū)和p+區(qū)；

6、?s3、對(duì)所述p+屏蔽層進(jìn)行刻蝕，使所述p+屏蔽層形成倒t結(jié)構(gòu)；

7、?s4、在所述s3刻蝕后的溝槽內(nèi)沉積氧化物和多晶硅，形成對(duì)稱的分裂柵和柵極；

8、?s5、生成源極和漏極。

9、優(yōu)選的，所述s1具體實(shí)現(xiàn)過程包括：

10、選取n型摻雜的4h-sic襯底，通過mocvd同質(zhì)外延的方式在所述4h-sic襯底上生長(zhǎng)外延層；

11、將所述外延層經(jīng)過清洗、涂膠、光刻和顯影處理后，在所述外延層表面左右對(duì)稱進(jìn)行高能離子注入形成對(duì)稱的電流擴(kuò)展層，以及在所述外延層表面中心進(jìn)行高能離子注入在對(duì)稱的電流擴(kuò)展層之間形成p+屏蔽層；

12、?所述4h-sic襯底摻雜元素為氮或磷，摻雜濃度為1×1018～1×1020cm-3，厚度為10-12?um，寬度為2-6?um；

13、?所述外延層為n型摻雜，摻雜元素為氮或磷，摻雜濃度為1×1015～1×1016cm-3，厚度為6-15?um，寬度為2-6?um；

14、?所述p+屏蔽層為p型摻雜，摻雜元素為鋁或硼，摻雜濃度為1×1019?～1×1020cm-3，厚度為0.2-1.5?um，寬度為0.2-1.5?um；

15、所述電流擴(kuò)展層為n型摻雜，摻雜元素為氮或磷，摻雜濃度為1×1015～1×1017cm-3。

16、優(yōu)選的，所述電流擴(kuò)展層為階梯型電流擴(kuò)展層，包括五層，均為n型摻雜；

17、所述電流擴(kuò)展層的注入方式為：

18、?從所述外延層表面的最左側(cè)和最右側(cè)采用高能離子對(duì)稱注入，摻雜元素為氮或磷，摻雜濃度為1×1015～1×1017cm-3，各層厚度為0.1-0.4?um，寬度為0.1-1?um；

19、注入過程中，從上至下，各層厚度相同，摻雜元素相同，摻雜濃度逐層減小，寬度逐層縮小，最終形成階梯結(jié)構(gòu)。

20、優(yōu)選的，所述s2具體實(shí)現(xiàn)過程包括：

21、在經(jīng)s1處理后的外延層表面通過沉積sic材料的方法繼續(xù)生長(zhǎng)sic外延層；

22、進(jìn)行清洗、涂膠、光刻和顯影處理，從所述sic外延層表面中心點(diǎn)進(jìn)行高能離子注入，繼續(xù)生長(zhǎng)p+屏蔽層；

23、從所述sic外延層表面最左側(cè)和最右側(cè)對(duì)稱注入高能離子，在所述電流擴(kuò)展層表面形成等寬的p井區(qū)；

24、從所述sic外延層表面最左側(cè)和最右側(cè)對(duì)稱注入高能離子，在所述p井區(qū)表面形成p+區(qū)；

25、從所述sic外延層表面p+區(qū)邊緣位置對(duì)稱注入高能離子，在p井區(qū)表面且與p+區(qū)相鄰形成n+區(qū)，且所述p+區(qū)和n+區(qū)總寬度與所述p井區(qū)寬度相同；

26、?所述sic外延層摻雜元素為氮或磷，摻雜濃度為1×1015～1×1016cm-3，厚度為1-3um，寬度為2-6?um；

27、?繼續(xù)生長(zhǎng)的所述p+屏蔽層摻雜元素為鋁或硼，摻雜濃度為1×1019～1×1020cm-3，厚度為0.2-0.5?um；

28、?所述p井區(qū)為p型摻雜，摻雜元素為鋁或硼，摻雜濃度為1×1018?～1×1020cm-3，厚度為0.2-1?um；

29、?所述p+區(qū)為p型摻雜，摻雜元素為鋁或硼，摻雜濃度為1×1018?～1×1020cm-3，厚度為0.2-0.4?um，寬度為0.3-0.5?um；

30、?所述n+區(qū)為n型摻雜，摻雜元素為氮或磷，摻雜濃度為1×1018?～1×1020cm-3，厚度與所述p+區(qū)一致，寬度為0.4-0.7?um。

31、優(yōu)選的，所述s3具體實(shí)現(xiàn)過程包括：

32、對(duì)經(jīng)s2處理后的sic外延層進(jìn)行清洗、涂膠、光刻和顯影操作，對(duì)p+區(qū)、n+區(qū)以及不需要刻蝕的p+屏蔽層使用光刻膠進(jìn)行保護(hù)，然后在所述sic外延層上刻蝕形成溝槽；

33、所述溝槽從所述sic外延層表面且位于n+區(qū)的一側(cè)向下刻蝕，兩側(cè)對(duì)稱，使刻蝕后的p+屏蔽層形成倒t形；

34、?刻蝕的溝槽寬度為0.2-0.4?um，厚度為1-2?um。

35、優(yōu)選的，所述s4具體實(shí)現(xiàn)過程包括：

36、對(duì)經(jīng)s3處理后的sic外延層進(jìn)行清洗、涂膠、光刻和顯影；

37、?在所述溝槽底部沉積氧化物，沉積厚度為0.05-0.1?um；

38、?在所述溝槽側(cè)壁沉積氧化物，沉積厚度為0.05-0.1?um；

39、?在所述溝槽內(nèi)進(jìn)行多晶硅沉積，沉積厚度為0.3-1?um，形成分裂柵；

40、?在所述溝槽內(nèi)繼續(xù)進(jìn)行氧化物沉積，沉積厚度為0.05-0.1?um；

41、?在所述溝槽內(nèi)進(jìn)行第二次多晶硅沉積，形成柵極，沉積厚度為0.6-1?um；

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

43、優(yōu)選的，所述s5具體實(shí)現(xiàn)過程包括：

44、?對(duì)所述p+屏蔽層進(jìn)行刻蝕，形成源極溝槽；刻蝕厚度為0.6-1?um；

45、?在所述源極溝槽內(nèi)和所述sic外延層的頂部沉積金屬層，形成源極；沉積金屬層厚度為2?um，尺寸為2?um?×?3?um；

46、在所述sic襯底背面沉積金屬，形成漏極。

47、第二方面，本發(fā)明提供一種基于對(duì)稱性分裂柵結(jié)構(gòu)的溝槽型sic?mosfet器件，采用上述的基于對(duì)稱性分裂柵結(jié)構(gòu)的溝槽型sic?mosfet器件的制備方法制備而成。

48、本發(fā)明的有益效果為：

49、（1）本發(fā)明提供一種基于對(duì)稱性分裂柵結(jié)構(gòu)的溝槽型sic?mosfet器件，設(shè)計(jì)倒t型p+屏蔽層，實(shí)現(xiàn)p+屏蔽層與源極的直接接觸，接地的p+屏蔽層能夠促進(jìn)耗盡層的擴(kuò)展，使電場(chǎng)在耗盡層中分布更均勻，有效緩解電場(chǎng)集中效應(yīng)，避免器件過早擊穿。

50、（2）本發(fā)明提供的基于對(duì)稱性分裂柵結(jié)構(gòu)的溝槽型sic?mosfet器件設(shè)計(jì)上下左右對(duì)稱的分裂柵結(jié)構(gòu)，減少柵極與漏極的交疊面積，降低兩者間的耦合效應(yīng)，從而提升器件的開關(guān)速率。

51、（3）本發(fā)明提供的基于對(duì)稱性分裂柵結(jié)構(gòu)的溝槽型sic?mosfet器件引入多級(jí)電流擴(kuò)展層，擴(kuò)大電子的導(dǎo)通路徑，增加電子濃度。電流擴(kuò)展層能夠有效分散電流，避免其在某一特定區(qū)域集中流動(dòng)，減少熱點(diǎn)形成，從而提升器件的熱性能和可靠性。