一种多次外延平面型碳化硅场效应管结构及其制造工艺的制作方法

本发明涉及碳化硅器件领域，尤其涉及了一种多次外延平面型碳化硅场效应管结构及其制造工艺。

背景技术：

1、碳化硅由于化学性能稳定、导热系数高、热膨胀系数小、耐磨性能好，除作磨料用外，还有很多其他用途，例如：以特殊工艺把碳化硅粉末涂布于水轮机叶轮或汽缸体的内壁，可提高其耐磨性而延长使用寿命1～2倍；用以制成的高级耐火材料，耐热震、体积小、重量轻而强度高，节能效果好。低品级碳化硅(含sic约85％)是极好的脱氧剂，用它可加快炼钢速度，并便于控制化学成分，提高钢的质量。此外，碳化硅还大量用于制作电热元件硅碳棒。

2、碳化硅的硬度很大，莫氏硬度为9.5级，仅次于世界上最硬的金刚石(10级)，具有优良的导热性能，是一种半导体，高温时能抗氧化。

3、在si材料已经接近理论性能极限的今天，sic功率器件因其高耐压、低损耗、高效率等特性，一直被视为“理想器件”而备受期待。然而，相对于以往的si材质器件，sic功率器件在性能与成本间的平衡以及其对高工艺的需求，将成为sic功率器件能否真正普及的关键。

4、碳化硅本身为一种极性晶体，不同极性面皆可能对电性能(热电性能、铁电性能)、生长性能等特性有所影响。而对于采用碳化硅(sic)材料做成的平面式功率金属氧化物半导体场效晶体管(mosfet)而言，未来器件的方向包括：一、做沟槽栅，沟槽型碳化硅mosfet器件作为公认的下一代碳化硅功率半导体器件，相比于平面型器件具有更低的比导通电阻和导通压降，但是沟槽刻蚀工艺、沟槽氧化工艺、沟槽栅氧保护设计方法等技术难度较大；二、为平面栅缩小器件尺寸，特别是减少沟道电阻占比，又可以降低栅极电容，工艺技术上更加容易实现。但现有的平面式sic mosfet的器件，因碳化硅晶体材料的特性，沟道区经过工艺之后，迁移率受到影响，所以目前平面式sic mosfet器件沟道电阻大。本发明能在现有平面栅的工艺上减少沟道电阻的占比，提高沟道电子迁移率，能够集成更高的器件密度，有更好的器件性能的提升。

5、目前，专利号为202080055783.7的发明专利，还存在工艺复杂，性能不佳的缺陷。

技术实现思路

1、本发明针对现有技术中的缺点，提供了一种多次外延平面型碳化硅场效应管结构及其制造工艺。

2、为了解决上述技术问题，本发明通过下述技术方案得以解决：

3、一种多次外延平面型碳化硅场效应管结构，包括n型碳化硅衬底，n型碳化硅衬底的下表面设有漏极电极，n型碳化硅衬底的上表面设有外延层，外延层上还设有依次向上排布的栅极结构和源极结构，外延层包括由下至上设置的n型碳化硅外延层和p型碳化硅外延层，n型碳化硅外延层上设有p+注入区、n+注入区和jfet注入区，p+注入区、n+注入区相互接触，位于jfet注入区与p+注入区和n+注入区之间间隔处的p型碳化硅外延层为沟道区，还包括金属硅化物层，金属硅化物层与p+注入区、n+注入区欧姆接触。

4、作为优选，金属硅化物层的下表面与p+注入区接触，金属硅化物层的侧面与n+注入区接触。

5、作为优选，栅极结构包括由下至上依次层叠的栅极氧化层和栅极材料层，栅极氧化层的下表面与jfet注入区、p型碳化硅外延层和部分n+注入区接触。

6、作为优选，还包括源极导电材料层，源极导电材料层设在金属硅化物层上。

7、作为优选，还包括栅极导电材料层，栅极导电材料层设在栅极材料层上。

8、作为优选，还包括绝缘介质层，绝缘介质层包覆在栅极氧化层、栅极材料层和n+注入区外并隔离源极导电材料层和栅极导电材料层。

9、作为优选，n型碳化硅衬底的下表面设有漏极导电材料层，漏极电极设置在漏极导电材料层上。

10、作为优选，n型碳化硅外延层的左右两侧均设有p+注入区和n+注入区，jfet注入区设在n型碳化硅外延层的中部。

11、一种多次外延平面型碳化硅场效应管的制造工艺，包括以下步骤：

12、1)在n型碳化硅衬底上形成n型碳化硅外延层；

13、2)在n型碳化硅外延层上形成p型碳化硅外延层；

14、3)在p型碳化硅外延层上形成第一阻挡层，在未形成第一阻挡层的p型碳化硅外延层上表面上依次注入形成p+注入区和n+注入区，p+注入区与n型碳化硅外延层接触，后去除第一阻挡层；

15、4)在p型碳化硅外延层上形成第二阻挡层，在未形成第二阻挡层的p型碳化硅外延层上表面上使用jfet掩模版注入形成jfet注入区，jfet注入区下表面与n型碳化硅外延层接触，后去除第二阻挡层；

16、5)在p型碳化硅外延层、jfet注入区和部分n+注入区上形成栅极氧化层，在栅极氧化层上沉积形成栅极材料层；

17、6)在n+注入区上形成金属硅化物，金属硅化物与其下方的p+注入区和侧面的n+注入区形成有效的空穴的欧姆接触；

18、7)在金属硅化物上沉积源极导电材料层，在n型碳化硅衬底下表面上沉积漏极导电材料层，在栅极材料层上沉积栅极导电材料层；

19、8)源极导电材料层、漏极导电材料层和栅极导电材料层分别引出源极电极、漏极电极和栅极电极。

20、一种多次外延平面型碳化硅场效应管的制造工艺，包括以下步骤：

21、1)在n型碳化硅衬底上形成n型碳化硅外延层；

22、2)在n型碳化硅外延层上形成p型碳化硅外延层；

23、3)在p型碳化硅外延层上形成第一阻挡层，在未形成第一阻挡层的p型碳化硅外延层上表面上依次注入形成p+注入区和n+注入区，p+注入区与n型碳化硅外延层接触；

24、4)利用步骤3)中形成的第一阻挡层进行高能量斜注入形成jfet注入区，jfet注入区下表面与n型碳化硅外延层接触，后去除第一阻挡层；

25、5)在p型碳化硅外延层、jfet注入区和部分n+注入区上形成栅极氧化层，在栅极氧化层上沉积形成栅极材料层；

26、6)在n+注入区上形成金属硅化物，金属硅化物与其下方的p+注入区和侧面的n+注入区形成有效的空穴的欧姆接触；

27、7)在金属硅化物上沉积源极导电材料层，在n型碳化硅衬底下表面上沉积漏极导电材料层，在栅极材料层上沉积栅极导电材料层；

28、8)源极导电材料层、漏极导电材料层和栅极导电材料层分别引出源极电极、漏极电极和栅极电极。

29、本发明由于采用了以上技术方案，具有显著的技术效果：本技术通过p型碳化硅外延层作为沟道区，减少了工艺造成的缺陷，提高了沟道区的电子迁移率，减少了沟道区的电阻，提高了器件的功率密度；p型碳化硅外延层表面低缺陷率与其上形成的栅极氧化层，可以有效的减少界面态缺陷密度，可以优化栅极可靠性；在有源区采用了金属硅化物工艺，形成欧姆接触的硅化物(silicide)，在形成过程中消耗一定厚度的sic材料，使得硅化物的下表面与p+注入区形成空穴的欧姆接触，在侧面形成n+注入区的欧姆接触；有源区金属硅化物工艺，能够让器件不受到传统n+/p+注入层掩模版的工艺窗口限制，有效的缩小了器件的尺寸，此外，本发明还有另一种实施方案可以有效的减少jfet的掩模版，即简化了工艺步骤，又减少制造成本。