一种新型碳化硅UMOSFET及其制备方法

本发明属于半导体功率器件领域，具体涉及一种新型碳化硅umosfet及其制备方法。

背景技术：

1、在电力电子行业整体向好的大环境下，在电力电子中起决定性作用的功率半导体器件成为影响电力电子设备成本和效率的直接因素。虽然现阶段硅基功率器件已经十分成熟，但随着功率半导体逐渐往大功率、高频率和低功耗的方向发展，硅(silicon，si)基器件由其本身的物理特征限制，开始难以适用于一些高压、高温、高效率以及高功率密度的应用场景。

2、碳化硅(siliconcarbide，sic)材料因其优越的物理特性，开始广泛得到从业人员的关注，因此sic mosfet(siliconcarbide metal oxide semiconductor field effecttransistor，碳化硅金属-氧化物半导体场效应晶体管)技术随之发展，与硅基器件相比，碳化硅材料所具有的高热导率、大禁带宽度等特征决定了其在高电流密度、高击穿场强和高工作温度的场景广泛应用。相比于同等级下的si mosfet，sic mosfet的特征导通电阻、开关损耗使其适用于更高的工作频率，其高热导率则大幅提升了高温稳定性。

3、为了进一步提升sic mosfet的性能，研究人员提出了一种双区浮动结结构的umosfet(trench gate metal oxide semiconductor field effect transistor，沟槽栅金属氧化物半导体场效应晶体管)，但现有技术中的双区浮动结结构实现方法复杂，需要用到二次外延等工艺制成，实现的周期过长；且器件体内的p型结为悬浮状态，存在少子存储效应的问题，器件的动态特性没有得到较好的优化。而且单次离子注入形成深p型柱时的横向弥散问题也是约束深p型柱沟槽栅mosfet发展的重要因素。

技术实现思路

1、为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种新型碳化硅umosfet及其制备方法。本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：

2、第一方面，本发明实施例提供了一种新型碳化硅umosfet，包括：

3、n+衬底、n+缓冲区、n-漂移区、多级电流传输层csl、p型沟道区、深p柱区域、p+注入区、n+注入区、栅氧化层、栅源隔离氧化层、栅电极、源电极和漏电极；其中，

4、所述n+衬底、所述n+缓冲区和所述n-漂移区自下而上依次层叠设置；

5、所述多级电流传输层csl设置于所述n-漂移区的表面；所述多级电流传输层csl含有多个层叠的不同浓度的电流传输层；

6、所述p型沟道区和所述n+注入区自下而上依次层叠设置于所述多级电流传输层csl的表面，且具有从所述n+注入区的上表面向下延伸至所述多级电流传输层csl内部的栅沟槽；

7、所述深p柱区域从所述p型沟道区的两侧延伸至所述n-漂移区或所述多级电流传输层csl中；

8、所述栅沟槽的底部和侧壁设置有所述栅氧化层，其余部分设置有所述栅电极；

9、所述p+注入区从所述深p柱区域的表面延伸至所述深p柱区域的内部表面；同侧的深p柱区域和p+注入区构成深p型柱结构；

10、所述栅源隔离氧化层覆盖所述栅电极、所述栅氧化层和部分所述n+注入区的表面；

11、所述源电极设置于所述p+注入区、所述n+注入区和所述栅源隔离氧化层的表面；

12、所述漏电极设置于所述n+衬底远离所述n+缓冲区的表面。

13、在本发明的一个实施例中，多个层叠的不同浓度的电流传输层包括：电流传输层csla、电流传输层cslb、电流传输层cslc、电流传输层csld和电流传输层csle；其中，

14、所述电流传输层csla、所述电流传输层cslb、所述电流传输层cslc、所述电流传输层csld和所述电流传输层csle自下而上依次层叠设置，掺杂类型为氮掺杂，掺杂浓度自下而上依次递增。

15、在本发明的一个实施例中，电流传输层csla的厚度为0.4μm-0.6μm；所述电流传输层cslb的厚度为0.4μm-0.6μm；所述电流传输层cslc的厚度为0.4μm-0.6μm；所述电流传输层csld的厚度为0.4μm-0.6μm；所述电流传输层csle的厚度为0.2μm-0.4μm。

16、在本发明的一个实施例中，p型沟道区为铝掺杂，掺杂浓度为5e16cm-3-3e17cm-3，所述p型沟道区的厚度为0.4μm-0.8μm。

17、在本发明的一个实施例中，深p柱区域为铝掺杂，掺杂浓度为1e16cm-3-5e19cm-3，所述深p柱区域的厚度为2μm-4μm。

18、在本发明的一个实施例中，p+注入区为铝掺杂，掺杂浓度为3e19cm-3-1e20cm-3，所述p+注入区的厚度为0.2μm-0.7μm。

19、在本发明的一个实施例中，栅沟槽的深度为0.8μm-1.5μm，宽度为0.3μm-1.2μm。

20、在本发明的一个实施例中，栅源隔离氧化层的材料包括：二氧化硅或硼磷玻璃。

21、在本发明的一个实施例中，栅电极的材料为多晶硅。

22、第二方面，本发明实施例提供了一种新型碳化硅umosfet的制备方法，包括：

23、在n+衬底上分别外延生长n+缓冲区、n-漂移区、多级电流传输层csl和p型沟道区；所述多级电流传输层csl含有多个层叠的不同浓度的电流传输层；

24、在所述p型沟道区的两侧进行离子注入，形成深p柱区域；

25、在所述p型沟道区的其余表面进行n型离子注入，形成n+注入区；在所述深p柱区域的表面进行p型离子注入形成p+注入区；同侧的深p柱区域和p+注入区构成深p型柱结构；

26、在所述n+注入区的表面通过刻蚀形成栅沟槽，在所述栅沟槽的侧壁和底面通过氧化或pecvd淀积形成栅氧化层；在所述栅氧化层的侧壁和底面所围成的区域生成栅电极；在所述n+注入区的部分表面、所述栅氧化层的表面和所述栅电极的表面生成栅源隔离氧化层；

27、在通过上述步骤得到的结构的表面生成源电极；

28、在所述n+衬底的底面生成漏电极。

29、本发明的有益效果：

30、本发明实施例所提供的方案中，通过将深p型柱结构中p+注入区设置于深p柱区域的表面，并与源电极连接，达到接地的状态，从而形成了一种非悬浮结构，解决了现有的器件内p型结为悬浮状态所存在的少子存储效应，同时优化了动态特性；构成的深p型柱结构具有类似于现有的悬浮结保护栅氧化层的能力；通过引入掺杂浓度不同的多级电流传输层csl可以在一定程度上解决横向弥散的问题；本发明实施例仅通过单次离子注入就能够形成深p型柱结构，避免了现有生成方法需要二次外延等复杂工艺的使用。

技术特征：

1.一种新型碳化硅umosfet，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的一种新型碳化硅umosfet，其特征在于，所述多个层叠的不同浓度的电流传输层包括：电流传输层csla(41)、电流传输层cslb(42)、电流传输层cslc(43)、电流传输层csld(44)和电流传输层csle(45)；其中，

3.根据权利要求2所述的一种新型碳化硅umosfet，其特征在于，所述电流传输层csla(41)的厚度为0.4μm-0.6μm；所述电流传输层cslb(42)的厚度为0.4μm-0.6μm；所述电流传输层cslc(43)的厚度为0.4μm-0.6μm；所述电流传输层csld(44)的厚度为0.4μm-0.6μm；所述电流传输层csle(45)的厚度为0.2μm-0.4μm。

4.根据权利要求1所述的一种新型碳化硅umosfet，其特征在于，所述p型沟道区(5)为铝掺杂，掺杂浓度为5e16 cm-3-3e17cm-3，所述p型沟道区(5)的厚度为0.4μm-0.8μm。

5.根据权利要求1所述的一种新型碳化硅umosfet，其特征在于，所述深p柱区域(6)为铝掺杂，掺杂浓度为1e16 cm-3-5e19cm-3，所述深p柱区域(6)的厚度为2μm-4μm。

6.根据权利要求1所述的一种新型碳化硅umosfet，其特征在于，所述p+注入区(7)为铝掺杂，掺杂浓度为3e19 cm-3-1e20cm-3，所述p+注入区(7)的厚度为0.2μm-0.7μm。

7.根据权利要求1所述的一种新型碳化硅umosfet，其特征在于，所述栅沟槽的深度为0.8μm-1.5μm，宽度为0.3μm-1.2μm。

8.根据权利要求1所述的一种新型碳化硅umosfet，其特征在于，所述栅源隔离氧化层(10)的材料包括：二氧化硅或硼磷玻璃。

9.根据权利要求1所述的一种新型碳化硅umosfet，其特征在于，所述栅电极(11)的材料为多晶硅。

10.一种新型碳化硅umosfet的制备方法，其特征在于，包括：

技术总结本发明公开了一种新型碳化硅UMOSFET及其制备方法，其中，UMOSFET包括：N+衬底、N+缓冲区、N‑漂移区、多级电流传输层CSL、P型沟道区、深P柱区域、P+注入区、N+注入区、栅氧化层、栅源隔离氧化层、栅电极、源电极和漏电极；多级电流传输层CSL含有多个层叠的不同浓度电流传输层；P+注入区设置于深P柱区域的表面；本发明通过将P+注入区设置于深P柱区域的表面，并与源电极连接，达到接地的状态，从而形成了非悬浮结构，优化了少子存储效应的同时优化了动态特性；构成的深P型柱结构具有类似于现有的悬浮结保护栅氧化层的能力；通过引入掺杂浓度不同的多级电流传输层CSL可以在一定程度上解决横向弥散的问题。技术研发人员：宋庆文,王晨谕,袁昊,汤晓燕,何艳静,张玉明受保护的技术使用者：西安电子科技大学技术研发日：技术公布日：2024/7/25