CN115207128B - 一种沟槽侧壁栅抗负压碳化硅mosfet及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种沟槽侧壁栅抗负压碳化硅MOSFET及其制备方法，本发明通过先制备5‑10μm宽的掩膜板开孔，沉积0.5μm厚度的侧壁掩膜，并干法刻蚀直至暴露出底部的碳化硅，随后刻蚀碳化硅沟槽，槽深0.2‑0.5μm，即可得到4‑9μm宽的碳化硅浅沟槽，随后去除侧壁掩膜，再次进行碳化硅沟槽刻蚀，边缘深度1μm，底部深度1.2‑1.5μm，即形成凹形结构，利用侧壁掩膜技术，对沟槽即平面进行离子注入；即可得到深沟槽加深结的碳化硅MOSFET结构，该结构由于底部沟槽浓且深可以很好的夹断栅氧下面N区处的电场，N区处的电位降低，在关断过程中有利于栅极电压降低，避免导致栅氧被击穿。
Description
技术领域
本发明涉及碳化硅沟槽MOSFET制备技术领域，具体涉及一种沟槽侧壁栅抗负压碳化硅MOSFET及其制备方法。
背景技术
半导体器件是导电性介于良导电体与绝缘体之间，利用半导体材料特殊电特性来完成特定功能的电子器件，可用来产生、控制、接收、变换、放大信 号和进行能量转换。沟槽功率器件具有高集成度、导通电阻低、开关速度快和开关损耗小的特点，被广泛应用于各类电源管理及开关转换电路中。随着我国对节能减排越来越重视，对功率器件的损耗及转换效率要求也越来越高。
半导体器件碳化硅(SiC)材料因其优越的物理特性，开始受到人们的关注和研究，碳化硅材料较高的热导率决定了其高电流密度的特性，较高的禁带宽度又决定了SiC 器件的高击穿场强和高工作温度。
目前，沟槽型碳化硅MOSFET是主流，然而在现有技术的制备方案中制备出的沟槽型碳化硅MOSFET对栅氧的电场保护不够，不容易使栅氧的电压降低。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种沟槽侧壁栅抗负压碳化硅MOSFET制备方法，解决了现有技术中沟槽型碳化硅MOSFET对栅氧的电场保护不够，不容易使栅氧的电压降低的技术问题。
为了实现上述目的，本发明提供了一种沟槽侧壁栅抗负压碳化硅MOSFET，包括：漏极，位于所述漏极上方的碳化硅衬底，位于所述碳化硅衬底上方的碳化硅N外延，位于所述碳化硅N外延上方的第一P+区和第二P+区，位于所述第一P+区上方对称设置的栅氧区、栅极以及N沟道，位于所述栅氧区、栅极以及N沟道侧面的Pwell区和N+区，位于所述Pwell区和N+区上方的源极；
其中，所述第一P+区的宽度大于所述第二P+区的宽度，且第一P+区的深度大于所述第二P+区的深度，且所述第二P+区的两侧面设置有Pwell区和N+区。
进一步的，所述第二P+区的沟槽深度大于所述Pwell区和N+区的总沟槽深度。
进一步的，所述N+区位于所述Pwell区的上方。
为了实现上述目的，本发明实施例提供了一种沟槽侧壁栅抗负压碳化硅MOSFET的制备方法，包括如下步骤：
通过注入或外延的方式制作Pwell区，并沉积碳化硅沟槽刻蚀得到混合掩膜层，旋涂光刻胶并光刻，随后对混合掩膜层进行刻蚀，去除光刻胶；
沉积0.5μm厚度的氮化硅作为辅助层，并干法刻蚀至碳化硅完全暴露，在混合掩膜层及辅助层作用下，刻蚀碳化硅，形成4-9μm宽，深度0.2-0.5μm的碳化硅沟槽；
清除辅助层，在混合掩膜层的作用下在此刻蚀1μm深度的侧壁沟槽，此时中间深度1.2-1.5μm；
在光刻胶的作用下二次刻蚀混合掩膜层；
沉积侧壁保护层，并干法刻蚀至顶部和底部碳化硅完全暴露，通过光刻胶，去除掉碳化硅沟槽间的氮化硅；
去除光刻胶进行高温铝离子注入，形成N+区；
旋涂光刻胶，并调整曝光强度，使沟槽内的光刻胶保留，在光刻胶的保护下去除混合掩膜层；
清除光刻胶及侧壁保护，涂布碳膜，并进行高温退火，激活P+及N+，制备栅氧，并沉积1-2μm的多晶硅，无掩膜刻蚀多晶硅，至暴露出底部及顶部的栅氧，沉积隔离介质层，填充宽沟槽，通过光刻胶掩膜，刻蚀隔离介质层及栅氧区，形成多晶硅的电隔离层，沉积金属定义栅极、源极和漏极。
采用上述实施例的有益效果是：
本发明通过先制备5-10μm宽的掩膜板开孔，沉积0.5μm厚度的侧壁掩膜，并干法刻蚀直至暴露出底部的碳化硅，随后刻蚀碳化硅沟槽，槽深0.2-0.5μm，即可得到4-9μm宽的碳化硅浅沟槽，随后去除侧壁掩膜，再次进行碳化硅沟槽刻蚀，边缘深度1μm，底部深度1.2-1.5μm，即形成凹形结构，利用侧壁掩膜技术，对沟槽即平面进行离子注入；即可得到深沟槽加深结的碳化硅MOSFET结构，该结构由于底部沟槽浓且深可以很好的夹断栅氧下面N区处的电场，N区处的电位降低，在关断过程中有利于栅极电压降低，避免导致栅氧被击穿。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明提供的沟槽侧壁栅抗负压碳化硅MOSFET制备方法中步骤S1执行后沟槽侧壁栅抗负压碳化硅MOSFET一实施例的结构变化示意图；
图2为本发明提供的沟槽侧壁栅抗负压碳化硅MOSFET制备方法中步骤S2执行后沟槽侧壁栅抗负压碳化硅MOSFET一实施例的结构变化示意图；
图3为本发明提供的沟槽侧壁栅抗负压碳化硅MOSFET制备方法中步骤S3执行后沟槽侧壁栅抗负压碳化硅MOSFET一实施例的结构变化示意图；
图4为本发明提供的沟槽侧壁栅抗负压碳化硅MOSFET制备方法中步骤S4执行后沟槽侧壁栅抗负压碳化硅MOSFET一实施例的结构变化示意图；
图5为本发明提供的沟槽侧壁栅抗负压碳化硅MOSFET制备方法中步骤S5执行后沟槽侧壁栅抗负压碳化硅MOSFET一实施例的结构变化示意图；
图6为本发明提供的沟槽侧壁栅抗负压碳化硅MOSFET制备方法中步骤S6执行后沟槽侧壁栅抗负压碳化硅MOSFET一实施例的结构变化示意图；
图7为本发明提供的沟槽侧壁栅抗负压碳化硅MOSFET制备方法中步骤S7执行后沟槽侧壁栅抗负压碳化硅MOSFET一实施例的结构变化示意图；
图8为本发明提供的沟槽侧壁栅抗负压碳化硅MOSFET制备方法中步骤S8执行后沟槽侧壁栅抗负压碳化硅MOSFET一实施例的结构变化示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
为了解决现有技术中的技术问题，本发明提供了一种沟槽侧壁栅抗负压碳化硅MOSFET，请参阅图8，此图8为本发明提供的沟槽侧壁栅抗负压碳化硅MOSFET的制备完成的最终实施例附图。
具体的，该沟槽侧壁栅抗负压碳化硅MOSFET，包括：漏极20，位于所述漏极20上方的碳化硅衬底10，位于所述碳化硅衬底10上方的碳化硅N外延11，位于所述碳化硅N外延11上方的第一P+区161和第二P+区162，位于所述第一P+区161上方对称设置的栅氧区、栅极19以及N沟道，位于所述栅氧区、栅极19以及N沟道侧面的Pwell区12和N+区15，位于所述Pwell区12和N+区15上方的源极18；
其中，所述第一P+区161的宽度大于所述第二P+区162的宽度，且第一P+区161的深度大于所述第二P+区162的深度，且所述第二P+区162的两侧面设置有Pwell区12和N+区15。
其中，所述第二P+区162的沟槽深度大于所述Pwell区12和N+区15的总沟槽深度，所述N+区15位于所述Pwell区12的上方。
在本实施例中，本发明通过先制备5-10μm宽的掩膜板开孔，沉积0.5μm厚度的侧壁掩膜，并干法刻蚀直至暴露出底部的碳化硅，随后刻蚀碳化硅沟槽，槽深0.2-0.5μm，即可得到4-9μm宽的碳化硅浅沟槽，随后去除侧壁掩膜，再次进行碳化硅沟槽刻蚀，边缘深度1μm，底部深度1.2-1.5μm，即形成凹形结构，利用侧壁掩膜技术，对沟槽即平面进行离子注入；即可得到深沟槽加深结的碳化硅MOSFET结构，该结构由于底部沟槽浓且深可以很好的夹断栅氧下面N区处的电场，N区处的电位降低，在关断过程中有利于栅极19电压降低，避免导致栅氧被击穿。
为了制备该沟槽侧壁栅抗负压碳化硅MOSFET，在本发明的实施例中，请参阅图1-图8，本发明还提供了一种沟槽侧壁栅抗负压碳化硅MOSFET制备方法，包括如下步骤：
S1、通过注入或外延的方式制作Pwell区12，并沉积碳化硅沟槽刻蚀得到混合掩膜层13，旋涂光刻胶17并光刻，随后对混合掩膜层13进行刻蚀，去除光刻胶17，其中，根据刻蚀选择比和后期注入状况确定硅化物与Ni的混合层，混合层Ni在顶部，硅化物在底部，Ni层可选择较薄的0.5微米左右，硅化物选择较厚的2微米左右，硅化物优选SiO2，该混合掩膜层13充当刻蚀掩膜层及注入阻挡层，具体请参阅图1；
S2、沉积0.5μm厚度的氮化硅作为辅助层14，并干法刻蚀至碳化硅完全暴露，在混合掩膜层13及辅助层14作用下，刻蚀碳化硅，形成4-9μm宽，深度0.2-0.5μm的碳化硅沟槽，具体请参阅图2；
S3、清除辅助层14，在混合掩膜层13的作用下在此刻蚀1μm深度的侧壁沟槽，此时中间深度1.2-1.5μm，具体请参阅图3；
S4、在光刻胶17的作用下二次刻蚀混合掩膜层13，具体请参阅图4；
S5、沉积侧壁保护层，并干法刻蚀至顶部和底部碳化硅完全暴露，通过光刻胶17，去除掉碳化硅沟槽间的氮化硅，具体请参阅图5；
S6、去除光刻胶17进行高温铝离子注入，形成N+区15，具体请参阅图6；
S7、旋涂光刻胶17，并调整曝光强度，使沟槽内的光刻胶17保留，在光刻胶17的保护下去除混合掩膜层13，具体请参阅图7；
S8、清除光刻胶17及侧壁保护，涂布碳膜，并进行高温退火，激活P+及N+，制备栅氧，并沉积1-2μm的多晶硅，无掩膜刻蚀多晶硅，至暴露出底部及顶部的栅氧，沉积隔离介质层，填充宽沟槽，通过光刻胶17掩膜，刻蚀隔离介质层及栅氧区，形成多晶硅的电隔离层，沉积金属定义栅极19、源极18和漏极20，具体请参阅图8。
综上所述，本发明通过先制备5-10μm宽的掩膜板开孔，沉积0.5μm厚度的侧壁掩膜，并干法刻蚀直至暴露出底部的碳化硅，随后刻蚀碳化硅沟槽，槽深0.2-0.5μm，即可得到4-9μm宽的碳化硅浅沟槽，随后去除侧壁掩膜，再次进行碳化硅沟槽刻蚀，边缘深度1μm，底部深度1.2-1.5μm，即形成凹形结构，利用侧壁掩膜技术，对沟槽即平面进行离子注入；即可得到深沟槽加深结的碳化硅MOSFET结构，该结构由于底部沟槽浓且深可以很好的夹断栅氧下面N区处的电场，N区处的电位降低，在关断过程中有利于栅极电压降低，避免导致栅氧被击穿。
以上对本发明所提供的沟槽侧壁栅抗负压碳化硅MOSFET制备方法进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (3)
1.一种沟槽侧壁栅抗负压碳化硅MOSFET的制备方法，其特征在于，所述沟槽侧壁栅抗负压碳化硅MOSFET包括：漏极，位于所述漏极上方的碳化硅衬底，位于所述碳化硅衬底上方的碳化硅N外延，位于所述碳化硅N外延上方的第一P+区和第二P+区，位于所述第一P+区上方对称设置的栅氧区、栅极以及N沟道，位于所述栅氧区、栅极以及N沟道侧面的Pwell区和N+区，位于所述Pwell区和N+区上方的源极；
其中，所述第一P+区的宽度大于所述第二P+区的宽度，且第一P+区的深度大于所述第二P+区的深度，且所述第二P+区的两侧面设置有Pwell区和N+区
所述制备方法包括如下步骤：
通过注入或外延的方式制作Pwell区，根据刻蚀选择比和后期注入状况确定硅化物与Ni的混合层，混合层Ni在顶部，硅化物在底部，得到混合掩膜层；
沉积0.5μm厚度的氮化硅作为辅助层，并干法刻蚀至碳化硅完全暴露，在混合掩膜层及辅助层作用下，刻蚀碳化硅，形成4-9μm宽，深度0.2-0.5μm的碳化硅沟槽；
清除辅助层，在剩下混合掩膜层的作用下刻蚀1μm深度的侧壁沟槽，此时中间深度1.2-1.5μm；
在光刻胶的作用下二次刻蚀混合掩膜层；
沉积侧壁保护层，并干法刻蚀至顶部和底部碳化硅完全暴露，通过光刻胶，去除掉碳化硅沟槽间的氮化硅；
去除光刻胶进行高温铝离子注入，形成P+区；
旋涂光刻胶，并调整曝光强度，使沟槽内的光刻胶保留，在光刻胶的保护下去除混合掩膜层；
清除光刻胶及侧壁保护层，涂布碳膜，并进行高温退火，激活P+及N+，制备栅氧，并沉积1-2μm的多晶硅，无掩膜刻蚀多晶硅，至暴露出底部及顶部的栅氧，沉积隔离介质层，填充宽沟槽，通过光刻胶掩膜，刻蚀隔离介质层及栅氧区，形成多晶硅的电隔离层，沉积金属定义栅极、源极和漏极。
2.根据权利要求1所述的沟槽侧壁栅抗负压碳化硅MOSFET的制备方法，其特征在于，所述第二P+区的沟槽深度大于所述Pwell区和N+区的总沟槽深度。
3.根据权利要求1所述的沟槽侧壁栅抗负压碳化硅MOSFET的制备方法，其特征在于，所述N+区位于所述Pwell区的上方。
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