一种碳化硅开关器件及制作方法与流程

本发明属于半导体器件领域，尤其涉及一种碳化硅开关器件及制作方法。

背景技术：

sic材料禁带宽度大、击穿电场高、饱和漂移速度和热导率大，这些材料优越性使其成为制作高功率、高频、耐高温、抗辐射器件的理想材料。碳化硅mosfet器件具有击穿电压高、电流密度大、驱动电路与硅igbt近似的一系列优点，因此发展前景非常广泛。

同时碳化硅是唯一可以通过自身氧化实现高质量栅氧化层的宽禁带半导体材料，但目前碳化硅热氧化技术尚不成熟，形成的沟道迁移率非常低，进而导致沟道电阻在电流流通路径上所占电阻比例非常大，严重制约了器件的导通性能提高。

为实现较好的导电性能，降低导通电阻，碳化硅mosfet通常采用较短的沟道长度，但过短的沟道长度，光刻方法无法满足沟道加工的要求，元胞两侧沟道长度很难完全对称。元胞两侧沟道长度的不对称将带来器件可靠性问题，同时沟道长度需要保留足够的冗余以保障器件在阻断状态下不发生贯穿。

技术实现要素：

发明目的：针对以上问题，本发明提出一种碳化硅开关器件及制作方法。

技术方案：为实现本发明的目的，本发明所采用的技术方案是：一种碳化硅开关器件，具体包括：碳化硅衬底上方为第一掺杂类型层，第一掺杂类型层上方包括第二掺杂类型离子注入形成的第二离子注入层、第一掺杂类型离子注入形成第一离子注入层、第一掺杂类型离子注入形成第三离子注入层和第二掺杂类型离子注入形成第四离子注入层；离子注入层上方为介质层，介质层上方为栅电极，栅电极上方为隔离介质；离子注入层上方设置源极欧姆接触金属，碳化硅衬底下方设置漏极欧姆接触金属；器件上方设置源极加厚金属。

进一步地，第一离子注入层的掺杂浓度小于第二离子注入层的掺杂浓度。

进一步地，第二离子注入层包括两个注入区，第一离子注入层包括三个注入区；

第一离子注入层中间注入区的宽度大于第二离子注入层两个注入区之间的间距；第一离子注入层两侧注入区与中间注入区形成两个沟道区；

第一离子注入层注入深度小于第二离子注入层注入深度。

进一步地，第三离子注入层注入深度小于第二离子注入层注入深度，包括两个注入区，分别与第一离子注入层两侧注入区相邻；

第四离子注入层注入深度小于第二离子注入层注入深度，包括两个注入区，分别与第三离子注入层两侧注入区相邻。

进一步地，第一掺杂类型为n型掺杂，第二掺杂类型为p型掺杂；或者第一掺杂类型为p型掺杂，第二掺杂类型为n型掺杂。

进一步地，源极区域由第四离子注入层和第三离子注入层组合形成；其中，第三离子注入层表面浓度较高，第四离子注入层表面浓度较低。

进一步地，介质层宽度不大于第一离子注入层宽度；栅电极宽度不大于介质层宽度。

一种碳化硅开关器件的制作方法，具体包括以下步骤：

(1)在碳化硅衬底上生长第一掺杂类型层；

(2)在第一掺杂类型层上进行第二掺杂类型离子注入形成第二离子注入层；

(3)在第一掺杂类型层上进行第一掺杂类型离子注入形成第一离子注入层；

(4)在第一掺杂类型层上进行第一掺杂类型离子注入形成第三离子注入层；

(5)在第一掺杂类型层上进行第二掺杂类型离子注入形成第四离子注入层，并高温退火；

(6)在离子注入层上方生长介质层；

(7)在介质层上制作栅电极；

(8)制作隔离介质；

(9)制作源极欧姆接触金属和漏极欧姆接触金属；

(10)制作源极加厚金属。

有益效果：本发明通过增添一次离子注入的方法实现了碳化硅开关器件导电沟道由同一层离子注入定义，避免了两侧沟道长度不一致引起的导通能力下降及器件可靠性降低。

附图说明

图1是在碳化硅衬底上生长第一掺杂类型层的示意图；

图2是在第一掺杂类型层上进行第二掺杂类型离子注入形成第二离子注入层的示意图；

图3是在第一掺杂类型层上进行第一掺杂类型离子注入形成第一离子注入层的示意图；

图4是在第一掺杂类型层上进行第一掺杂类型离子注入形成第三离子注入层的示意图；

图5是在第一掺杂类型层上进行第二掺杂类型离子注入形成第四离子注入层的示意图；

图6是生长介质层的示意图；

图7是制作栅电极的示意图；

图8是制作隔离介质的示意图；

图9是制作源极欧姆接触金属和漏极欧姆接触金属的示意图；

图10是制作源极加厚金属的示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的技术方案作进一步的说明。

本发明所述的碳化硅开关器件的制作方法，包括以下步骤：

s1：在碳化硅衬底6上生长第一掺杂类型层5，如图1所示；

s2：在第一掺杂类型层5上进行第二掺杂类型离子注入形成第二离子注入层2，第二离子注入层2包括两个注入区，注入区间隔形成垂直沟道区14，垂直沟道区14的宽度在1.5～5μm之间，如图2所示；

s3：在第一掺杂类型层5上进行第一掺杂类型离子注入形成第一离子注入层1，如图3所示；

第一离子注入层1包括三个注入区，注入深度在0.1～0.5μm，第一离子注入层1注入深度小于第二离子注入层2，同时第一离子注入层1中间注入区的宽度大于第二离子注入层2两个注入区之间的间距。

第一离子注入层1两侧注入区与中间注入区形成两个沟道区13，边界处差值即沟道区13靠近垂直沟道区14部分的边缘距沟道区14边缘的距离在0.1～1.0μm之间，大于光刻套准误差最大值。沟道区13的长度由同一次注入掩膜形成，沟道区13的长度与光刻套准进行无关。

第一离子注入层1注入掩膜采用氧化硅、氮化硅等介质掩膜及光刻胶、金属等非介质掩膜。

第一离子注入层1的掺杂浓度小于第二离子注入层2的浓度，注入层1与注入层2重叠部分净掺杂为第一掺杂类型，注入层1与注入层2重叠部分不会被注入层2耗尽。

s4：在第一掺杂类型层5上进行第一掺杂类型离子注入形成第三离子注入层3，如图4所示；

第三离子注入层3注入深度小于第二离子注入层2，包括两个注入区，分别与第一离子注入层1两侧注入区相邻。

s5：在第一掺杂类型层5上进行第二掺杂类型离子注入形成第四离子注入层4，并且通过高温退火完成杂质激活，如图5所示；

第四离子注入层4注入深度小于第二离子注入层2，包括两个注入区，分别与第三离子注入层3两侧注入区相邻。

第一掺杂类型为n型掺杂，第二掺杂类型为p型掺杂；或者第一掺杂类型为p型掺杂，第二掺杂类型为n型掺杂。

s6：在离子注入层上方生长介质层7，介质层7宽度不大于第一离子注入层1，如图6所示；

s7：在介质层7上制作栅电极8，栅电极8宽度不大于介质层7，如图7所示；

除沟道区13部分以外，栅介质生长于浓度较低的第一离子注入层1，栅介质质量较高，不易发生栅源击穿。

s8：在介质层7和栅电极8上方制作隔离介质9，如图8所示；

s9：在离子注入层上方制作源极欧姆接触金属10，在碳化硅衬底6下方制作漏极欧姆接触金属12，如图9所示；

源极区域由第四离子注入层4和第三离子注入层3组合形成，其中第三离子注入层3表面浓度高，能够实现良好的欧姆接触，第四离子注入层4表面浓度较低，导通电阻较小，最终可以降低器件导通电阻。

s10：在器件上方制作源极加厚金属11，如图10所示。

本发明通过增添一次离子注入的方法实现了碳化硅开关器件导电沟道由同一层离子注入定义，避免了两侧沟道长度不一致引起的导通能力下降及器件可靠性降低。