一种碳化硅MOSFET器件及其制造方法与流程

一种碳化硅mosfet器件及其制造方法
技术领域
1.本发明涉及碳化硅mosfet器件技术领域，特别涉及一种碳化硅mosfet器件及其制造方法。


背景技术：

2.碳化硅(sic)材料具有优良的物理和电学特性，以其宽7的禁带宽度、高的热导率、大的饱和漂移速度和高的临界击穿电场等独特优点，成为制作高功率、高频、高压、耐高温、抗辐射器件的理想半导体材料，在军事和民事方面具有广阔的应用前景。碳化硅金属氧化物半导体晶体管(mosfet)器件具有由开关速度快、导通电阻小等优势，且在较小的漂移层厚度可以实现较高的击穿电压水平，减小功率开关模块的体积，降低能耗，在功率开关、转换器等应用领域中优势明显。
3.在常规碳化硅平面型mosfet (sic planar mosfet)的制备工艺中，接面型场效晶体管(jfet)注入在整个cell区，其掺杂类型与外延层相同为n型，且大于n型外延层的浓度。参考图1和图2，图1是现有技术碳化硅mosfet布局的俯视图，图2是对应图1结构在反向耐压时的电场线分布图。由于mosfet本身条件的限制，a多晶栅极区(poly a，标示为a)对角方向的jfet长度l1大于b多晶栅极区(poly b，标示为b)的jfet长度l2。因此，当mos承受反向电压时，相对于b多晶栅极区 ，a多晶栅极区的jfet区较长，两端p型体区(p-body)12的耗尽区14不容易合并在一起，易导致漏源击穿电压(bvds)降低。
4.综上所述，实有需要一种新颖的mosfet漏极布局设计来改善上述问题，以改善mosfet的良率以及降低生产成本。


技术实现要素：

5.鉴于上述问题，本发明的目的在于提供一种碳化硅mosfet器件及其制造方法，通过在a多晶栅极区下方形成场氧化层，由于 jfet注入时作阻挡，场氧化层下方没有jfet注入。此外，本发明可用于六角形或方形元胞等器件结构。
6.为了实现上述目的，本技术实施例提供一种碳化硅mosfet器件的制造方法，所述mosfet器件包括源极、漏极以及栅极，所述方法包括：在所述漏极上形成第一掺杂类型的衬底；在所述衬底上形成第一掺杂类型的漂移区，其中所述漂移区上定义有a多晶栅极区以及b多晶栅极区；在所述漂移区上形成多个第二掺杂类型的体区，其中所述第二掺杂类型与所述第一掺杂类型极性相反；淀积/生长场氧化层，其中，在a多晶栅极区有场氧化层遮挡；jfet注入，使得：邻近a多晶栅极区的漂移区没有jfet注入，而邻近b多晶栅极区内的漂移区有jfet注入；移除场氧化层；以及于移除场氧化层的位置形成栅极。
7.除了上述制造方法，本发明还提供了一种碳化硅mosfet器件，包括漏极、第一掺杂类型衬底、第一掺杂类型漂移区、多个第二掺杂类型基区、源极以及栅极，所述第二掺杂类型与所述第一掺杂类型极性相反，其中，所述漂移区上定义有a多晶栅极区以及b多晶栅极区，所述a多晶栅极区和b多晶栅极区通过以下方式产生：淀积/生长场氧化层，其中在a多晶
栅极区有场氧化层遮挡；jfet注入，使得：邻近a多晶栅极区的漂移区没有jfet注入，而邻近b多晶栅极区内的漂移区有jfet注入。
8.可选的，于移除场氧化层的位置形成栅极的步骤包括：有源源蚀刻、栅极层生长、多晶硅沉积、多晶硅蚀刻；源ct和栅ct刻蚀，p 注入；金属沉积和蚀刻；以及钝化/聚酰亚胺沉积和蚀刻。
9.可选的，所述 a多晶栅极区对角方向的长度大于所述b多晶栅极区的长度。
10.可选的，在本技术的一些实施例中，所述场氧化层的形状为非几何图案的多边形。
11.可选的，在本技术的一些实施例中，所述场氧化层的形状为圆形。
12.可选的，在本技术的一些实施例中，所述场氧化层的形状为矩形。
13.综上所述，本发明在不改变工艺步骤、不增加工艺流程的前提下，仅对jfet注入场氧化层作为屏蔽，在a多晶栅极区第一多晶硅区的场氧化层下方不做jfet注入。换言之，在第一多晶硅区下方生长场氧化层，由于 jfet注入时场氧化层做阻挡，场氧化层下方藉此没有jfet注入。藉此，当所述mosfet器件承受反向耐压时第一多晶硅区下方jfet区更容易耗尽，不影响器件耐压。
14.本技术通过上述新颖的方案有效的解决现有技术的问题，并且没有增加太多成本，在符合经济效益下很好地改善了mosfet的良率以及降低生产成本。
附图说明
15.为了更清楚地说明本技术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技术的一些实施例，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。
16.图1是现有技术碳化硅mosfet的漏极布局的俯视图。
17.图2是对应图1结构在反向耐压时的电场线分布图。
18.图3是根据本发明实施例的碳化硅mosfet器件的示意图。
19.图4为对应图3的b多晶栅极区的示意图。
20.图5a～图5c分别为对应图3的a多晶栅极区的制程示意图。
21.图6至图8分别为本发明不同实施例碳化硅mosfet的漏极布局的俯视图。
22.图9是根据本发明实施例的碳化硅mosfet器件的制造方法的流程图。
具体实施方式
23.揭露特别以下述例子加以描述，这些例子仅是用以举例说明而已，因为对于熟习此技艺者而言，在不脱离本揭示内容的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰，因此本揭示内容的保护范围当视后附的权利要求所界定者为准。在通篇说明书与权利要求中，除非内容清楚指定，否则“一”以及“所述”的意义包括这一类叙述包括“一或至少一”所述组件或成分。此外，如本揭露所用，除非从特定上下文明显可见将复数个排除在外，否则单数冠词亦包括复数个组件或成分的叙述。而且，应用在此描述中与下述的全部权利要求中时，除非内容清楚指定，否则“在其中”的意思可包括“在其中”与“在其上”。在通篇说明书与权利要求所使用的用词，除有特别注明，通常具有每个用词使用在此领域中、在此揭露的内容中与
特殊内容中的平常意义。某些用以描述本揭露的用词将于下或在此说明书的别处讨论，以提供从业人员在有关本揭露的描述上额外的引导。在通篇说明书的任何地方的例子，包括在此所讨论的任何用词的例子的使用，仅是用以举例说明，当然不限制本揭露或任何例示用词的范围与意义。同样地，本揭露并不限于此说明书中所提出的各种实施例。
24.在此所使用的用词“大约”、“约”或“近乎”应大体上意味在给定值或误差范围在20%以内，较佳是在10%以内。此外，在此所提供的数量可为近似的，因此意味着若无特别陈述，可用词“大约”、“约”或“近乎”加以表示。当一数量、浓度或其他数值或参数有指定的范围、较佳范围或表列出上下理想值的时，应视为特别揭露由任何上下限的数对或理想值所构成的所有范围，不论所述等范围是否分别揭露。举例而言，如揭露范围某长度为x公分到y公分，应视为揭露长度为h公分且h可为x到y中间的任意实数。
25.此外，“电(性)耦接”或“电(性)连接”在此是包括任何直接及间接的电气连接手段。举例而言，若文中描述一第一装置电性耦接于一第二装置，则代表所述第一装置可直接连接于所述第二装置，或透过其他装置或连接手段间接地连接至所述第二装置。另外，若描述关于电信号的传输、提供，熟习此技艺者应可了解电信号的传递过程中可能伴随衰减或其他非理想性的变化，但电信号传输或提供的来源与接收端若无特别叙明，实质上应视为同一信号。举例而言，若由电子电路的端点a传输(或提供)电信号s给电子电路的端点b，其中可能经过一晶体管开关的源极和漏极两端及/或可能的杂散电容而产生电压降，但此设计的目的若非刻意使用传输时产生的衰减或其他非理想性的变化而达到某些特定的技术效果，电信号s在电子电路的端点a与端点b应可视为实质上为同一信号。
26.可了解如在此所使用的用词“包括”、“具有”、“含有”等等，为开放性的用词，即意指包括但不限于。另外，本技术的任一实施例或权利要求不须达成本技术所揭露的全部目的或优势或特点。此外，摘要部分和标题仅是用来辅助专利文件搜寻的用，并非用来限制发明作的权利要求。
27.下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。此外，应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本技术，并不用于限制本技术。在本技术中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上”和“下”通常是指装置实际使用或工作状态下的上和下，具体为附图中的图面方向，而“内”和“外”则是针对装置的轮廓而言的。
28.请参照附图中的图式，其中相同的组件符号代表相同的组件。以下的说明是基于所例示的本技术具体实施例，其不应被视为限制本技术未在此详述的其它具体实施例。
29.以下结合优选实施例从各个方面对本发明进行详细的描述。
30.参考图3，图3是根据本发明实施例的碳化硅mosfet器件100的示意图，碳化硅mosfet器件100包括：漏极1、n 衬底2、n型漂移区3、p型基区4、n 源区5、源极8、隔离介质9以及栅极，其中衬底2可为碳化硅衬底，栅极10与n型漂移区3之间具有沟道11，且jfet区6形成于n型漂移区3。请注意，本实施例中组件的极性只是一种实施方式，本发明不以此为限。举例来说，在其它变化例中，p型组件可以被n型取代，且n型组件可以被p型取代。
31.接着，请参考图4和图5a～图5c，图4为对应图3的b多晶栅极区(标示为b)的示意
图，且图5a～图5c分别为对应图3的a多晶栅极区(标示为a)的制程示意图。在图4中，先注入jfet而形成jfet区，之后再形成b多晶栅极区。而在图5a中是先覆盖覆盖场氧化层fox，之后才注入jfet，因此，且场氧化层fox的正下方不具有jfet区。之后，如图5b所示，移除场氧化层fox。最后，再于jfet区上方形成a多晶栅极区。如此，a多晶栅极区下方的中央处不具有fet区，但a多晶栅极区下方邻近于体区的位置仍形成有jfet区。如此一来，可避免现有技术中a多晶栅极区对角方向的jfet区长度大于b多晶栅极区jfet的长度。
32.换言之，本实施例在不改变工艺步骤、不增加工艺流程的前提下，仅对jfet注入屏蔽做修改，在a多晶栅极区的场氧化层fox下方不作jfet注入。也就是说，在a多晶栅极区下方生长场氧化层fox，由于 jfet注入时场氧化层fox作阻挡，fox下方没有jfet注入。通过在jfet区域注入之前形成场氧化层fox这一层，起到注入遮挡作用，使得场氧化层fox遮挡下方没有jeft层注入，儿其余位置有jfet注入。藉此，当mos承受反向耐压时a多晶栅极区下方jfet区更容易耗尽，不影响器件耐压。须注意的是，虽然本实施例的屏蔽选用场氧化层，但本发明不限于此，其它可带来相似物理或化学特性的材料也可被选用。
33.详细而言，移除场氧化层之后形成栅极的步骤包括：有源源蚀刻、栅极层生长、多晶硅沉积、多晶硅蚀刻；源ct和栅ct刻蚀，p 注入；金属沉积和蚀刻；以及钝化/聚酰亚胺(passivation/polymide)沉积和蚀刻。
34.需要注意的是，尽管碳化硅mosfet器件100整体如图3所描述，本发明并不限制碳化硅mosfet器件的整体架构，只要漏极采用图5所示的屏蔽架构，皆属于本发明的范畴。
35.特别注意，场氧化层fox作为注入阻挡层，是在工艺制备过程中的牺牲品，在完成jfet注入的使命之后就被去除，并不会一直保留到最后，因此在图5c的最终结构里不会具有呈现场氧化层fox这个区域。场氧化层fox的形状可以是方形、圆形、不规则形等，以下将详加介绍。
36.请参阅图6至图8，其分别为本发明不同实施例碳化硅mosfet的漏极布局的俯视图。可选的，在本技术的一些实施例中，被使用作为屏蔽用途的场氧化层的形状可为图6所示的非几何图案的多边形；在另外一些实施例中，所述场氧化层的形状可为圆形，如图7所示；以及，在另外一些实施例中，所述场氧化层的形状可为矩形，如图8所示。以上图6至图8仅为本发明的优选实施例，本发明在实作上也可采用其他类型的几何图案或非几何图案。
37.请参考图9，图9是根据本发明实施例的碳化硅mosfet器件的制造方法的流程图。请注意，假若可获得实质上相同的结果，则这些步骤并不一定要遵照图9所示的执行次序来执行。图9所示之方法可被第3图所示之碳化硅mosfet器件100所采用，并可简单归纳如下：步骤804：在漏极上形成第一掺杂类型的衬底；步骤806：在衬底上形成第一掺杂类型的漂移区，其中漂移区上定义有a多晶栅极区(poly a)以及b多晶栅极区(poly b)，其中a多晶栅极区对角方向的长度大于b多晶栅极区的长度；步骤808：在漂移区上形成多个第二掺杂类型的体区；步骤810：淀积/生长场氧化层，其中在a多晶栅极区有场氧化层遮挡；步骤812：jfet注入，使得：邻近a多晶栅极区的漂移区没有jfet注入，而邻近b多晶栅极区内的漂移区有jfet注入；步骤814：完成jfet注入后，移除场氧化层；
步骤816：于移除场氧化层的位置形成栅极，详细步骤可包括：有源源蚀刻、栅极层生长、多晶硅沉积、多晶硅蚀刻；源ct和栅ct刻蚀，p 注入；金属沉积和蚀刻；以及钝化/聚酰亚胺(passivation/polymide)沉积和蚀刻；步骤818：结束。
38.由于熟习技艺者在阅读完以上段落后应可轻易了解第8图中每一步骤的细节，为简洁之故，在此将省略进一步的描述。
39.综上所述，本发明在不改变工艺步骤且不增加工艺流程的前提下，仅对jfet注入屏蔽做修改，在a多晶栅极区的场氧化层下方不做jfet注入。换言之，在a多晶栅极区下方形成场氧化层，由于 jfet注入时场氧化层做阻挡，场氧化层下方没有jfet注入。藉此，当mos承受反向耐压时a多晶栅极区下方jfet区更容易耗尽，不影响器件耐压。
40.总的来说，本技术通过上述新颖的方案有效的解决现有技术的问题，并且没有增加太多成本，在符合经济效益下很好地改善了mosfet的良率以及降低生产成本。
41.在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。上述所描述的实施例仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得所有其他实施例，除本技术实施例提到的与本技术实施例方案一致的此类设计，都属于本技术保护的范围。
42.以上对本技术实施例进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本技术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技术的技术方案及其核心思想。本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本技术各实施例的技术方案的范围。
43.虽然本技术已以优选实施例揭露如上，但上述优选实施例并非用以限制本技术，本领域的普通技术人员，在不脱离本技术的精神和范围内，均可作各种更动与润饰，因此本技术的保护范围以权利要求界定的范围为准。