碳化硅mosfet器件及其制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及自對(duì)準(zhǔn)碳化硅MOSFET器件及其制作工藝，尤其涉及一種優(yōu)化P+區(qū)域的自對(duì)準(zhǔn)碳化硅MOSFET器件及其制作方法。
【背景技術(shù)】
[0002]碳化硅材料具有優(yōu)良的物理和電學(xué)特性，以其寬的禁帶寬度、高的熱導(dǎo)率、大的飽和漂移速度和高的臨界擊穿電場(chǎng)等獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)，成為制作高功率、高頻、高壓、耐高溫、抗輻射器件的理想半導(dǎo)體材料，在軍事和民事方面具有廣闊的應(yīng)用前景。碳化硅MOSFET器件則具有開關(guān)速度快、導(dǎo)通電阻小等優(yōu)勢(shì)，且在較小的漂移層厚度可以實(shí)現(xiàn)較高的擊穿電壓水平，減小功率開關(guān)模塊的體積，降低能耗，在功率開關(guān)、轉(zhuǎn)換器等應(yīng)用領(lǐng)域中優(yōu)勢(shì)明顯。
[0003]在傳統(tǒng)的碳化硅MOSFET器件制作過(guò)程中，一般需要對(duì)P+區(qū)域進(jìn)行重?fù)诫s，來(lái)形成良好的源極歐姆接觸，并形成源極與P阱之間的短路連接?？紤]注入劑量和能量的關(guān)系，注入深度一般較淺。淺的P+注入容易產(chǎn)生NPN和PiN的寄生晶體管效應(yīng)(阻斷狀態(tài)下寄生NPN晶體管容易雪崩擊穿，寄生PiN 二極管容易P型一側(cè)耗盡，導(dǎo)致穿通；導(dǎo)通狀態(tài)下，導(dǎo)致寄生NPN晶體管容易誤開啟)，特別是VDM0SFET器件更容易出現(xiàn)上述寄生效應(yīng)。但是，如果對(duì)P+區(qū)域進(jìn)行深、重?fù)诫s，注入深度接近P阱底部或者超過(guò)P阱底部，采用同一離子注入元素，不僅需要高能量、高劑量的組合，大大提高注入時(shí)間和注入成本，而且會(huì)影響激活退火質(zhì)量，從而影響碳化硅MOSFET器件性能。本發(fā)明提出的碳化硅MOSFET器件，通過(guò)優(yōu)化P+區(qū)域，形成良好的源極歐姆接觸，降低導(dǎo)通電阻，同時(shí)短接源極與P阱，防止寄生NPN和PiN的寄生晶體管效應(yīng)，可兼顧器件導(dǎo)通特性和擊穿特性，可應(yīng)用于高壓、高頻碳化硅MOSFET器件中。
[0004]自對(duì)準(zhǔn)工藝可以有效降低溝道長(zhǎng)度，進(jìn)而降低溝道電阻，提高器件開關(guān)速率。在MOSFET器件制造過(guò)程中，一般利用多晶硅熱氧化過(guò)程中側(cè)面移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)源區(qū)自對(duì)準(zhǔn)注入，形成自對(duì)準(zhǔn)溝道，如圖2a所示。此法對(duì)多晶硅的熱氧化工藝要求嚴(yán)格，且形成的溝道尺寸不能做到精確控制。本發(fā)明采用的自對(duì)準(zhǔn)制造方法，是采用絕緣層介質(zhì)刻蝕側(cè)墻的方法形成自對(duì)準(zhǔn)溝道，如圖2b所示，可精確控制溝道尺寸，制造出橫向和縱向功率M0SFET。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005](一 )要解決的技術(shù)問(wèn)題
[0006]有鑒于此，本發(fā)明的主要目的在于提供一種優(yōu)化P+區(qū)域的自對(duì)準(zhǔn)碳化硅MOSFET器件及其制作方法，以防止寄生NPN和PiN的寄生晶體管效應(yīng)，兼顧碳化硅MOSFET器件導(dǎo)通特性和擊穿特性，優(yōu)化其器件制造過(guò)程。
[0007]( 二 )技術(shù)方案
[0008]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供了一種自對(duì)準(zhǔn)碳化硅MOSFET器件，該自對(duì)準(zhǔn)碳化硅MOSFET器件由多個(gè)碳化硅MOSFET器件元胞并聯(lián)而成，且這些碳化硅MOSFET器件元胞是均勻排列的。
[0009]上述方案中，該碳化硅MOSFET器件元胞包括兩個(gè)源極1、一個(gè)柵極2、一個(gè)柵氧化層3、兩個(gè)N+源區(qū)4、兩個(gè)P +接觸區(qū)5、兩個(gè)P阱6、一個(gè)N漂移層7、一個(gè)緩沖層8、一個(gè)N +襯底9、一個(gè)漏極10和一個(gè)隔離介質(zhì)層11，其中:柵極2和源極I處于同一平面，位于器件的上部，漏極位于器件的底部；N+襯底9之上依次形成有緩沖層8和N漂移層7，兩個(gè)P阱6分別位于N漂移層7的左右兩端上部，每個(gè)P阱6上部均形成有一個(gè)N +源區(qū)4和一個(gè)P +接觸區(qū)5，N+源區(qū)4的深度較P +接觸區(qū)5的深度要淺，每個(gè)P阱6之上各形成有一個(gè)源極I，柵極2位于兩個(gè)源極I之間，且柵極2與兩個(gè)源極I之間通過(guò)隔離介質(zhì)層11相互隔離，柵極2下方形成有柵氧化層3，且柵氧化層3位于N漂移層7及兩個(gè)P阱6之上，漏極10形成于N+襯底9的背面。
[0010]上述方案中，該P(yáng)+接觸區(qū)5包括P \區(qū)域、P +2區(qū)域和P +2擴(kuò)散區(qū)域，其中，P '區(qū)域和P+2區(qū)域均采用重?fù)诫s，采用離子注入的方式形成，摻雜濃度高于P阱6，在lE19cm 3量級(jí)以上；P+2擴(kuò)散區(qū)域采用擴(kuò)散的方式形成，P +2擴(kuò)散區(qū)域直至P阱底部或者超過(guò)P阱底部。
[0011]上述方案中，該P(yáng)'區(qū)域中摻雜的離子是選擇離子激活能低、高溫激活退火中不易擴(kuò)散的Al離子；該？+2區(qū)域中摻雜的離子是選擇在高溫激活退火過(guò)程中易擴(kuò)散、注入深度較深的B離子。
[0012]上述方案中，該高溫激活退火溫度在1500°C -1900°C之間。
[0013]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明還提供了一種碳化硅MOSFET器件的制作方法，該方法包括:步驟1:清洗SiC晶圓；步驟2:在SiC晶圓表面形成P阱；步驟3:在P阱中形成自對(duì)準(zhǔn)溝道；步驟4:在自對(duì)準(zhǔn)溝道外側(cè)形成P+接觸區(qū)；步驟5:高溫激活退火，使P+接觸區(qū)、N+源區(qū)、P阱中注入進(jìn)去的離子進(jìn)行替位激活，并形成？+2擴(kuò)散區(qū)域；步驟6:在N漂移層表面形成柵氧化層；步驟7:在柵氧化層之上形成柵極；步驟8:在柵極兩側(cè)及表面形成隔離介質(zhì)層；步驟9:在隔離介質(zhì)層兩側(cè)形成源極，并在N+襯底背面形成漏極。
[0014]上述方案中，所述步驟I包括:使用丙酮、乙醇、去離子水依次沖洗SiC晶圓表面，用N2吹干，在化氛圍下烘10分鐘干燥；其中該SiC晶圓從上到下有三層，依次為N+襯底9、緩沖層8和N漂移層7。
[0015]上述方案中，所述步驟2包括:在N漂移層7上依次沉積厚度為2 μπι的S1 2及5000 μπι的多晶娃(Poly-Si)作為掩蔽層材料，對(duì)該掩蔽層材料進(jìn)行光刻開孔，刻蝕掉兩個(gè)P阱6之上的掩蔽層材料，其他區(qū)域的掩蔽層材料留下，于兩個(gè)P阱6之上形成兩個(gè)P阱注入窗口，兩個(gè)P阱6之間的掩蔽層材料留下作為P阱注入掩蔽層；然后從兩個(gè)P阱注入窗口采用500°C高溫Al離子對(duì)P阱進(jìn)行離子注入，其注入能量為300keV，410keV，550keV，總劑量為 4.615E13cm2。
[0016]上述方案中，所述步驟3包括:在P阱注入掩蔽層及離子注入后的P阱之上，沉積厚度為I μπι的S1jl，采用ICP干法刻蝕工藝對(duì)該S1 2層進(jìn)行全面垂直刻蝕，刻蝕至P阱6表面時(shí)停止，P阱注入掩蔽層之上的S12層和P阱6之上的S1 2層被刻蝕掉，留下P注入掩蔽層兩側(cè)的S12,在兩個(gè)P阱6之間的P阱注入掩蔽層兩側(cè)形成S12介質(zhì)側(cè)墻，該S12介質(zhì)側(cè)墻和位于兩個(gè)P阱6之間的P阱注入掩蔽層一起作為N +源區(qū)4注入掩蔽層，在N+源區(qū)4上方采用500°C高溫N離子注入，其注入能量為50kev，90kev，150kev,總劑量為9.84E13cm2;通過(guò)上述步驟在兩個(gè)P阱內(nèi)、S1 2介質(zhì)側(cè)墻下方形成自對(duì)準(zhǔn)溝道，注入完成后，去除N+源區(qū)4注入掩蔽層。
[0017]上述方案中，所述步驟4包括:在進(jìn)行了 P阱6離子注入和N+源區(qū)4離子注入后的N漂移層7上依次沉積厚度為2 μπι的S1 2及5000 μπι的多晶硅(Poly-Si)作為掩蔽層，對(duì)該掩蔽層材料進(jìn)行光刻開孔，刻蝕掉兩個(gè)P+接觸區(qū)5之上的掩蔽層材料，剩余區(qū)域的掩蔽層材料留下，于兩個(gè)P+接觸區(qū)5之上形成兩個(gè)P +接觸區(qū)注入窗口，兩個(gè)P +接觸區(qū)5之間的掩蔽層材料留下作為P+接觸區(qū)注入掩蔽層；然后從兩個(gè)P +接觸區(qū)注入窗口進(jìn)行高溫離子注入，其中域采用500°C Al離子注入，其注入能量為50kev，90kev，150kev，總劑量為3.9E15cm2；P +2區(qū)域采用500 °C B離子注入，其注入能量為160kev，270kev，總劑量為2.5E15cm2，使P+區(qū)域注入濃度達(dá)2E20cm 3;注入完成后，去除P +接觸區(qū)5注入掩蔽層。
[0018]上述方案中，所述步驟5包括:對(duì)進(jìn)行了 P阱6離子注入、N+源區(qū)4離子注入、P +接觸區(qū)5離子注入后的SiC晶圓表面進(jìn)行RCA清洗，烘干后進(jìn)行碳膜保護(hù)，在1750°C的溫度范圍內(nèi)，氬氣環(huán)境中進(jìn)行15min的激活退火，使包括P'區(qū)域、P+2區(qū)域的P+接觸區(qū)5、N+源區(qū)4、P阱6中注入進(jìn)去的離子進(jìn)行替位激活，具有電特性，同時(shí)P+2g域的離子進(jìn)行擴(kuò)散形成