CN116031304A

CN116031304A - 一种平面型碳化硅场效应管及其制造方法

Info

Publication number: CN116031304A
Application number: CN202310288748.5A
Authority: CN
Inventors: 黄兴; 刘进
Original assignee: Pn Junction Semiconductor Hangzhou Co ltd
Current assignee: Pn Junction Semiconductor Hangzhou Co ltd
Priority date: 2023-03-23
Filing date: 2023-03-23
Publication date: 2023-04-28

Abstract

本发明提供了一种平面型碳化硅场效应管及其制造方法，所述场效应管包括元胞结构，所述元胞结构包括：碳化硅衬底；外延层，所述外延层连接至所述碳化硅衬底上侧面；所述外延层内设有PWELL阱层；所述PWELL阱层内设有N+注入区以及金属硅化物层；所述金属硅化物层连接至所述N+注入区；栅极氧化层，所述栅极氧化层连接所述外延层、PWELL阱区以及N+注入区；栅极导电层，所述栅极导电层连接至所述栅极氧化层，且所述栅极导电层位于所述N+注入区上方；源极导电层，所述源极导电层连接至所述金属硅化物层；及漏极导电层，所述漏极导电层连接至所述碳化硅衬底下侧面，无需留出P+注入区，能在现有平面栅的工艺上缩小器件尺寸。

Description

一种平面型碳化硅场效应管及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种平面型碳化硅场效应管及其制造方法。

背景技术

碳化硅由于化学性能稳定、导热系数高、热膨胀系数小、耐磨性能好，除作磨料用外，还有很多其他用途，例如：以特殊工艺把碳化硅粉末涂布于水轮机叶轮或汽缸体的内壁，可提高其耐磨性而延长使用寿命1～2倍；用以制成的高级耐火材料，耐热震、体积小、重量轻而强度高，节能效果好；低品级碳化硅（含SiC约85%）是极好的脱氧剂，用它可加快炼钢速度，并便于控制化学成分，提高钢的质量。此外，碳化硅还大量用于制作电热元件硅碳棒；碳化硅的硬度很大,莫氏硬度为9.5级，仅次于世界上最硬的金刚石（10级），具有优良的导热性能，是一种半导体，高温时能抗氧化。

在Si材料已经接近理论性能极限的今天，SiC功率器件因其高耐压、低损耗、高效率等特性，一直被视为“理想器件”而备受期待；然而，相对于以往的Si材质器件，SiC功率器件在性能与成本间的平衡以及其对高工艺的需求，将成为SiC功率器件能否真正普及的关键。

碳化硅本身为一种极性晶体，不同极性面皆可能对电性能（热电性能、铁电性能）、生长性能等特性有所影响；而对于采用碳化硅(SiC)材料做成的平面式功率金属氧化物半导体场效晶体管(MOSFET)而言，未来器件的方向：一、为做沟槽栅，沟槽型碳化硅MOSFET器件作为公认的下一代碳化硅功率半导体器件，相比于平面型器件具有更低的比导通电阻和导通压降，但是沟槽刻蚀工艺、沟槽氧化工艺、沟槽栅氧保护设计方法等技术难度较大；二、为平面栅缩小器件尺寸，特别是减少沟道电阻占比，又可以降低栅极电容，工艺技术上更加容易实现。现有的平面式SiC MOSFET的工艺水平，N+注入区和P+注入区是受到工艺技术限制，P+注入区和N+注入区之间工艺上用掩模版是需要留出足够的间距，让N+注入和P+注入能有足够的表面积与金属做良好的欧姆接触，所以目前平面式SiC MOSFET器件尺寸较大。

发明内容

本发明要解决的技术问题，在于提供一种平面型碳化硅场效应管及其制造方法，采用源极金属硅化物工艺之后，就无需留出P+注入区，能在现有平面栅的工艺上缩小器件尺寸，能够集成更高的器件密度，有更好的器件性能的提升。

本发明之一是这样实现的：一种平面型碳化硅场效应管，包括元胞结构，所述元胞结构包括：

一碳化硅衬底；

一外延层，所述外延层连接至所述碳化硅衬底上侧面；所述外延层内设有PWELL阱层；所述PWELL阱层内设有N+注入区以及金属硅化物层；所述金属硅化物层连接至所述N+注入区；

栅极氧化层，所述栅极氧化层连接所述外延层、PWELL阱区以及N+注入区；

栅极导电层，所述栅极导电层连接至所述栅极氧化层，且所述栅极导电层位于所述N+注入区上方；

源极导电层，所述源极导电层连接至所述金属硅化物层；

以及，漏极导电层，所述漏极导电层连接至所述碳化硅衬底下侧面。

本发明之二是这样实现的：一种平面型碳化硅场效应管的制造方法，具体包括如下步骤：

步骤1、在碳化硅衬底上生长碳化硅外延，形成外延层；

步骤2、分别在外延层上形成N+注入区以及PWELL阱层；

步骤3、在N+注入区中进行硅化物工艺，形成金属硅化物层，并在外延层、PWELL阱区以及N+注入区上形成栅极氧化层；在栅极氧化层上淀积栅极金属材料，蚀刻形成栅极导电层；

步骤4、淀积源极金属材料和漏极材料，再沉积一层绝缘材料，进行开窗口，形成源极电极，漏极电极和栅极电极。

进一步地，所述步骤2进一步具体为：在外延层上形成阻挡层，并刻蚀阻挡层形成注入区域，进行离子注入形成PWELL阱层；利用阻挡层，进行绝缘材料的沉积，并进行刻蚀，离子注入形成N+注入区。

进一步地，所述步骤2进一步具体为：在外延层上形成阻挡层，并刻蚀阻挡层形成注入区域，进行离子注入，形成N+注入区；利用所述阻挡层，进行斜角度离子注入，形成PWELL阱层。

进一步地，所述步骤3进一步具体为：去除阻挡层以及绝缘材料，在外延层表面形成栅极氧化层；在栅极氧化层上沉积栅极金属材料，蚀刻后形成栅极导电层，之后再进行沉积形成绝缘介质层，并蚀刻有源区栅极氧化层以及绝缘介质层形成侧墙，对N+注入区进行金属硅化物工艺，形成金属硅化物层。

进一步地，所述步骤3进一步具体为：去除阻挡层，在外延层表面形成栅极氧化层，在栅极氧化层上沉积栅极金属材料，并刻蚀形成栅极导电层；沉积绝缘介质材料，并刻蚀形成有源区域，将N+注入区进行金属硅化物工艺，形成金属硅化物层。

进一步地，所述步骤3进一步具体为：去除阻挡层，在外延层表面形成沉积设定厚度的绝缘介质材料并刻蚀；在外延层表面形成栅极氧化层，在栅极氧化层上沉积栅极金属材料，并刻蚀形成栅极导电层；沉积绝缘介质材料，共用栅极掩模版刻蚀后，将N+注入区进行金属硅化物工艺，形成有金属硅化物层。

本发明的优点在于：本发明一种平面型碳化硅场效应管及其制造方法，在n+注入区采用了金属硅化物工艺，形成欧姆接触的金属硅化物（silicide），在形成过程中消耗一定厚度的sic材料，使得硅化物的下表面与PWELL阱层形成空穴的欧姆接触，在侧面形成N+注入区的欧姆接触。

N+注入区利用PWELL阱层的阻挡层进行浅注入自对准工艺，配合金属硅化物工艺，能够有效的形成接触面，即减少P+注入层，自对准也减少了一张掩模版，简化了工艺的步骤，从而降低了制造的成本。

通过金属硅化物工艺，能够让器件不受到传统N+注入层/P+注入层掩模版的工艺窗口限制，有效的缩小了器件的尺寸；采用了金属硅化物工艺碳化硅器件，形成相应的终端结构的工艺，即简化了工艺步骤，又没有增加工艺实现的难度。

附图说明

下面参照附图结合实施例对本发明作进一步的说明。

图1是本发明一种平面型碳化硅场效应管的原理图。

图2至图6是本发明实施例二的一种平面型碳化硅场效应管制造方法的流程图。

图7至图12是本发明实施例三的一种平面型碳化硅场效应管制造方法的流程图。

图13至图19是本发明实施例四的一种平面型碳化硅场效应管制造方法的流程图。

具体实施方式

实施例一

如图1所示，本发明实施例提供了一种平面型碳化硅场效应管，包括元胞结构a，所述元胞结构a包括：

一碳化硅衬底1；

一外延层2，所述外延层2连接至所述碳化硅衬底1上侧面；所述外延层2内设有PWELL阱层21；所述PWELL阱层21内设有N+注入区211以及金属硅化物层212；所述金属硅化物层212连接至所述N+注入区211；

栅极氧化层3，所述栅极氧化层3连接所述外延层2、PWELL阱区21以及N+注入区211；

栅极导电层4，所述栅极导电层3连接至所述栅极氧化层3，且所述栅极导电层3位于所述N+注入区211上方；

源极导电层5，所述源极导电层5连接至所述金属硅化物层212；

以及，漏极导电层6，所述漏极导电层6连接至所述碳化硅衬底1下侧面。

在栅极导电层4上设有绝缘介质层7，在实际产品中使得栅极导电层4与源极导电层5间隔开。

通过在N+注入区211内形成金属硅化物层212，使得工艺上可以利用PWELL阱层21的阻挡层进行浅注入自对准工艺，配合金属硅化物工艺，能够有效的形成接触面，即减少P+注入层，自对准也减少了一张掩模版，简化了工艺的步骤，从而降低了制造的成本。

实施例二

如图1至图6所示，本发明实施例提供了一种平面型碳化硅场效应管的制造方法，具体包括如下步骤：

步骤1、在碳化硅衬底1上生长碳化硅外延，形成外延层2；

步骤2、在外延层2上形成阻挡层a，并刻蚀阻挡层a形成注入区域，进行离子注入形成PWELL阱层21；

步骤3、利用阻挡层a，进行绝缘材料的沉积，并进行刻蚀，离子注入形成N+注入区211；

步骤4、去除阻挡层a以及绝缘材料，在外延层2表面形成栅极氧化层3；

步骤5、在栅极氧化层3上沉积栅极金属材料，蚀刻后形成栅极导电层4，之后再进行沉积形成绝缘介质层7，并蚀刻有源区栅极氧化层3以及绝缘介质层7形成侧墙，对N+注入区211进行金属硅化物工艺，形成金属硅化物层212；

步骤6、淀积源极金属材料和漏极材料，再沉积一层绝缘材料，进行开窗口，形成源极电极c，漏极电极d和栅极电极e。

N+注入区211利用PWELL阱层21的阻挡层a进行浅注入自对准工艺，配合金属硅化物工艺，能够有效的形成接触面，即减少P+注入层，自对准也减少了一张掩模版，简化了工艺的步骤，从而降低了制造的成本。

实施例三

如图7至图12所示，本发明实施例提供了一种平面型碳化硅场效应管的制造方法，具体包括如下步骤：

步骤1、在碳化硅衬底1上生长碳化硅外延，形成外延层2；

步骤2、在外延层2上形成阻挡层a，并刻蚀阻挡层形成注入区域，进行离子注入，形成N+注入区211；

步骤3、利用所述阻挡层a，进行斜角度离子注入，形成PWELL阱层21；

步骤4、去除阻挡层a，在外延层2表面形成栅极氧化层3，在栅极氧化层3上沉积栅极金属材料，并刻蚀形成栅极导电层4；

步骤5、沉积绝缘介质材料形成绝缘介质层7，并刻蚀形成有源区域b，将N+注入区211进行金属硅化物工艺，形成金属硅化物层212；

步骤6、沉积有源区金属材料和漏极金属材料，刻蚀源区金属后再沉积一层绝缘材料，进行开窗口形成源极电极c，漏极电极d和栅极电极e。

实施例四

如图13至图19所示，本发明实施例提供了一种平面型碳化硅场效应管的制造方法，具体包括如下步骤：

步骤1、在碳化硅衬底1上生长碳化硅外延，形成外延层2；

步骤4、去除阻挡层a，在外延层2表面形成沉积设定厚度的绝缘介质材料并刻蚀；

步骤5、在外延层2表面形成栅极氧化层3，在栅极氧化层3上沉积栅极金属材料，并刻蚀形成栅极导电层4；

步骤6、沉积绝缘介质材料，形成绝缘介质层7，共用栅极掩模版刻蚀后，将N+注入区211进行金属硅化物工艺，形成有金属硅化物层212；

步骤7、沉积有源区金属材料和漏极金属材料，再沉积一层绝缘材料，进行开窗口形成源极电极c，漏极电极d和栅极电极e。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是熟悉本技术领域的技术人员应当理解，我们所描述的具体的实施例只是说明性的，而不是用于对本发明的范围的限定，熟悉本领域的技术人员在依照本发明的精神所作的等效的修饰以及变化，都应当涵盖在本发明的权利要求所保护的范围内。

Claims

1.一种平面型碳化硅场效应管，包括元胞结构，其特征在于，所述元胞结构包括：

一碳化硅衬底；

源极导电层，所述源极导电层连接至所述金属硅化物层；

2.一种平面型碳化硅场效应管的制造方法，其特征在于，具体包括如下步骤：

步骤1、在碳化硅衬底上生长碳化硅外延，形成外延层；

步骤2、分别在外延层上形成N+注入区以及PWELL阱层；

3.如权利要求2所述的一种平面型碳化硅场效应管的制造方法，其特征在于，所述步骤2进一步具体为：在外延层上形成阻挡层，并刻蚀阻挡层形成注入区域，进行离子注入形成PWELL阱层；利用阻挡层，进行绝缘材料的沉积，并进行刻蚀，离子注入形成N+注入区。

4.如权利要求2所述的一种平面型碳化硅场效应管的制造方法，其特征在于，所述步骤2进一步具体为：在外延层上形成阻挡层，并刻蚀阻挡层形成注入区域，进行离子注入，形成N+注入区；利用所述阻挡层，进行斜角度离子注入，形成PWELL阱层。

5.如权利要求2所述的一种平面型碳化硅场效应管的制造方法，其特征在于，所述步骤3进一步具体为：去除阻挡层以及绝缘材料，在外延层表面形成栅极氧化层；在栅极氧化层上沉积栅极金属材料，蚀刻后形成栅极导电层，之后再进行沉积形成绝缘介质层，并蚀刻有源区栅极氧化层以及绝缘介质层形成侧墙，对N+注入区进行金属硅化物工艺，形成金属硅化物层。

6.如权利要求2所述的一种平面型碳化硅场效应管的制造方法，其特征在于，所述步骤3进一步具体为：去除阻挡层，在外延层表面形成栅极氧化层，在栅极氧化层上沉积栅极金属材料，并刻蚀形成栅极导电层；沉积绝缘介质材料，并刻蚀形成有源区域，将N+注入区进行金属硅化物工艺，形成金属硅化物层。

7.如权利要求2所述的一种平面型碳化硅场效应管的制造方法，其特征在于，所述步骤3进一步具体为：去除阻挡层，在外延层表面形成沉积设定厚度的绝缘介质材料并刻蚀；在外延层表面形成栅极氧化层，在栅极氧化层上沉积栅极金属材料，并刻蚀形成栅极导电层；沉积绝缘介质材料，共用栅极掩模版刻蚀后，将N+注入区进行金属硅化物工艺，形成有金属硅化物层。