金属氧化物半导体场效应晶体管及其制造方法与流程

本发明涉及半导体器件制造，特别涉及一种金属氧化物半导体场效应晶体管及其制造方法。

背景技术：

1、sic mosfet(sic metal-oxide-semiconductor field-effect transistor，碳化硅金属-氧化物半导体场效应晶体管)具有低导通电阻、开关速度快、耐高温等特点，在高压变频、新能源汽车、轨道交通等领域具有巨大的应用优势。为提高sic mosfet电流能力，常通过压缩元胞的尺寸来增大通流面积，提高通流能力。在不断地压缩元胞尺寸时，源极孔接触面积也随之减小，源极接触电阻将变的很大，不利于器件整体电阻的降低。

2、同时，在电机驱动、牵引逆变等应用场景中，传统的做法是在sic mosfet外部并联一个肖特基二极管，利用外部反并联二极管的低导通压降实现反向续流能力。但对于模块来说，增加了封装面积，降低了整体器件模组的通流能力。另一种做法是利用sic mosfet本身内部集成的体二极管，对反向导通时候进行续流功能。但由于体二极管是pin结构器件，会产生较高的开启压降和反向恢复损耗。同时sic双极器件的导通会诱发电子-空穴复合，使得体内堆叠层扩展，器件压降增大、反向偏置漏电流增大，不利于碳化硅器件的可靠性。

技术实现思路

1、基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种金属氧化物半导体场效应晶体管及其制造方法。

2、一种金属氧化物半导体场效应晶体管，包括：n+衬底层、n-漂移层、p阱层、第一p+深阱区域、第二p+深阱区域、n+源极区域、源极金属层、欧姆接触层、肖特基接触层；

3、所述晶体管具有jfet区，所述n-漂移层于所述jfet区开设有jfet槽；

4、所述n-漂移层设置于所述n+衬底层上，所述p阱层设置于所述n-漂移层上，所述n+源极区域设置于所述p阱层上，且所述p阱层和所述n+源极区域分别设置于所述jfet槽的两侧；

5、所述p阱层和所述n+源极区域的两侧还分别设置有源极槽，所述第一p+深阱区域设置于所述源极槽的底部，所述第二p+深阱区域设置于所述jfet槽的底部；

6、所述第一p+深阱区域通过欧姆接触层与所述源极金属层连接，所述第二p+深阱区域通过欧姆接触层与所述源极金属层连接，至少部分的所述源极金属层设置于所述jfet槽内，且所述源极金属层通过所述肖特基接触层与所述jfet槽的底部以及侧壁连接。

7、在一个实施例中，所述肖特基接触层设置于所述jfet槽的侧壁，且至少部分所述肖特基接触层设置于所述jfet槽的底部。

8、在一个实施例中，至少部分的所述肖特基接触层由所述jfet槽的侧壁延伸至所述jfet槽的外侧，且设置于所述n-漂移层上。

9、在一个实施例中，所述jfet区内的所述第二p+深阱区域的数量为两个，设置于所述jfet槽的底部的所述肖特基接触层位于两个所述第二p+深阱区域之间。

10、在一个实施例中，所述jfet区内的所述第二p+深阱区域的数量为一个，且所述jfet槽的宽度与所述第二p+深阱区域的宽度相等。

11、在一个实施例中，还包括层间介质层和栅极多晶硅，所述层间介质层设置于所述n+源极区域上，且所述层间介质层包覆在所述栅极多晶硅的外侧。

12、在一个实施例中，还包括漏极金属层，所述n+衬底层设置于所述漏极金属层上。

13、一种金属氧化物半导体场效应晶体管，包括：

14、制作n+衬底层；

15、在所述n+衬底层上制作n-漂移层；

16、在所述n-漂移层上制作p阱层；

17、在所述p阱层上制作n+源极区域；

18、在所述n-漂移层上刻蚀出源极槽和jfet槽，其中，所述源极槽位于所述p阱层和所述n+源极区域的两侧，所述jfet槽开设于所述jfet区，所述p阱层和所述n+源极区域分别设置于所述jfet槽的两侧；

19、在所述源极槽的底部形成第一p+深阱区域，在所述jfet槽的底部形成第二p+深阱区域；

20、在所述jfet槽内制作肖特基接触层；

21、在所述jfet槽内以及所述源极槽制作欧姆接触层；

22、在所述jfet槽内以及所述源极槽制作源极金属层。

23、在一个实施例中，所述在所述jfet槽内制作肖特基接触层的步骤包括：

24、在所述jfet槽内以及所述jfet槽的外侧制作肖特基接触层，以使得至少部分的所述肖特基接触层由所述jfet槽的侧壁延伸至所述jfet槽的外侧，且设置于所述n-漂移层上。

25、在一个实施例中，所述jfet区内的所述第二p+深阱区域的数量为一个，且所述jfet槽的宽度与所述第二p+深阱区域的宽度相等。

26、上述金属氧化物半导体场效应晶体管及其制造方法，结构中集成了肖特基势垒二极管，改善了碳化硅双极退化现象，提高芯片可靠性，降低了模块封装成本；槽式结构的肖特基势垒二极管，有效的保护对金属氧化物半导体场效应晶体管的jfet区电场及肖特基势垒二极管的肖特基接触电场进行保护，提升金属氧化物半导体场效应晶体管的阻断能力；槽型式的源极结构，在三维空间上增加了源孔的接触面积，降低了源接触电阻对器件整体电阻的影响，利于更大电流容量的输出。

技术特征：

1.一种金属氧化物半导体场效应晶体管，其特征在于，包括：n+衬底层、n-漂移层、p阱层、第一p+深阱区域、第二p+深阱区域、n+源极区域、源极金属层、欧姆接触层、肖特基接触层；

2.根据权利要求1所述的金属氧化物半导体场效应晶体管，其特征在于，所述肖特基接触层设置于所述jfet槽的侧壁，且至少部分所述肖特基接触层设置于所述jfet槽的底部。

3.根据权利要求1所述的金属氧化物半导体场效应晶体管，其特征在于，至少部分的所述肖特基接触层由所述jfet槽的侧壁延伸至所述jfet槽的外侧，且设置于所述n-漂移层上。

4.根据权利要求1所述的金属氧化物半导体场效应晶体管，其特征在于，所述jfet区内的所述第二p+深阱区域的数量为两个，设置于所述jfet槽的底部的所述肖特基接触层位于两个所述第二p+深阱区域之间。

5.根据权利要求1所述的金属氧化物半导体场效应晶体管，其特征在于，所述jfet区内的所述第二p+深阱区域的数量为一个，且所述jfet槽的宽度与所述第二p+深阱区域的宽度相等。

6.根据权利要求1所述的金属氧化物半导体场效应晶体管，其特征在于，还包括层间介质层和栅极多晶硅，所述层间介质层设置于所述n+源极区域上，且所述层间介质层包覆在所述栅极多晶硅的外侧。

7.根据权利要求1所述的金属氧化物半导体场效应晶体管，其特征在于，还包括漏极金属层，所述n+衬底层设置于所述漏极金属层上。

8.一种金属氧化物半导体场效应晶体管，其特征在于，包括：

9.根据权利要求8所述的金属氧化物半导体场效应晶体管的制造方法，其特征在于，所述在所述jfet槽内制作肖特基接触层的步骤包括：

10.根据权利要求8所述的金属氧化物半导体场效应晶体管的制造方法，其特征在于，所述jfet区内的所述第二p+深阱区域的数量为一个，且所述jfet槽的宽度与所述第二p+深阱区域的宽度相等。

技术总结
本发明提供一种金属氧化物半导体场效应晶体管及其制造方法，该晶体管通过在JFET区集成肖特基势垒二极管，改善了碳化硅双极退化现象，提高芯片可靠性，降低了模块封装成本；槽式结构的肖特基势垒二极管，有效的保护对金属氧化物半导体场效应晶体管的JFET区电场及肖特基势垒二极管的肖特基接触电场进行保护，提升金属氧化物半导体场效应晶体管的阻断能力；槽型式的源极结构，在三维空间上增加了源孔的接触面积，降低了源接触电阻对器件整体电阻的影响，利于更大电流容量的输出。

技术研发人员：罗烨辉,王亚飞,郑昌伟,王志成,刘启军,刘小东,李诚瞻
受保护的技术使用者：株洲中车时代半导体有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12