Mos场效应晶体管及其制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种金属氧化物半导体场效应晶体管和一种用于制造金属氧化物半 导体场效应晶体管的方法。
【背景技术】
[0002] 包括碳化硅层的衬底越来越多地用于标准部件。在使用这样的衬底的情况下例如 将截止至大于I. 2kV的电压的功率半导体实现为沟槽金属氧化物半导体场效应晶体管（沟 道M0SFET)。这样的功率半导体例如应用在电动汽车中，即具有电池--例如基于锂离子电 池单元的电池一一的机动车中，或者光伏设备中。微机电系统也可以借助这样的衬底实现。 对于微机电系统而言，衬底还可以包括二氧化硅层、氮化硅层或硅层，在其上沉积了碳化硅 层。
[0003] 为了实现沟道MOSFET例如使用以下衬底（η型掺杂的4H-SiC衬底）：所述衬底的 碳化硅层具有六角形的晶体结构并且是η型掺杂的。η型掺杂的外延碳化硅缓冲层设置在 碳化硅层和低η型掺杂的外延碳化硅漂移区（η漂移区）之间。
[0004] 在图1中示出了根据现有技术的沟道MOSFET 100的这样的实现。在η型掺杂的 4H-SiC衬底10上设置有高度ρ型掺杂的碳化硅层（ρ层）20，其可以是外延生长或注入的。 在P层20的一部分上设置有高度η型掺杂的碳化硅层（η +源极）30,其同样可以是外延生 长或注入的并且用作源极端子。在此，4H-SiC衬底10的背侧用作漏极端子。除η +源极30 以外，直至P层20中注入ρ +端子（ρ +插塞）40,从而ρ +插塞40的上侧邻接η +源极30的上 侧并且P+插塞40可以用于限定通道电势。ρ层20和η +源极30分别通过设置在沟槽上方 的留空结构化，η漂移区10借助所述留空结构化。所述留空在横截面中具有恒定的宽度。 沟槽除底部区域以外也具有恒定的宽度。仅仅在底部区域中沟槽的宽度由于结构化部而缩 细，从而沟槽在横截面中具有罐状轮廓。即沟槽在横截面中是凸的。
[0005] 可以在结构化之后借助栅极氧化物涂覆沟槽。替代地或附加地，可以在沟槽的底 部中进行高度掺杂的注入（60)。然后，在沟槽中沉积栅电极50。因此，在ρ层20中形成 竖直的沟道区域。与具有横向通道区域的晶体管相比，这允许并联连接的晶体管的更高封 装密度。
[0006] 从沟槽的侧壁至沟槽的底部的由结构化决定的过渡在应用中可能导致所述区域 中的过高场强，所述场强比击穿阈值更高，在所述击穿阈值时氧化物层在截止情形中电击 穿并且部件受损。
【发明内容】
[0007] 根据本发明提供一种根据权利要求1的用于金属氧化物半导体场效应晶体管的 衬底和一种根据权利要求2的用于制造这样的衬底的方法。此外，根据本发明提供一种根 据权利要求8的金属氧化物半导体场效应晶体管和一种根据权利要求9的用于制造这样的 金属氧化物半导体场效应晶体管的方法。最后，根据本发明也提供一种根据权利要求10的 机动车。
[0008] 在此，根据本发明提出的衬底包括以下：n型掺杂的外延漂移区、设置在所述漂移 区上的P型掺杂的外延第一层、设置在所述第一层上的高度η型掺杂的第二层和通过p +注 入形成的端子，其中所述第一层与所述端子电接通并且横向设置在所述端子与沟槽之间， 其中所述沟槽在所述第一层中、在所述第二层中与所述漂移区中形成。所述衬底的特征在 于，所述P +注入的注入深度至少与所述沟槽的深度一样大。
[0009] 深的P+注入可以如此分离相邻的沟槽，使得场不再能够影响栅极氧化物，因为所 述场被引导绕开所述栅极氧化物。此外，体二极管可以实施为纯ρη二极管。
[0010] 为了将衬底用作金属氧化物半导体场效应晶体管，在一种实施方式中在所述沟槽 中如此设置栅电极，使得在所述第一层中可以形成竖直的通道区域。
[0011] 在此，所述栅电极可以形成在氧化物层上，所述氧化物层至少覆盖所述沟槽的底 部。由此防止在竖直的通道区域与栅极端子之间发生电流。
[0012] 所述端子可以在所述第一层中和在所述漂移区中形成。所述端子尤其可以仅仅在 第一层中和在漂移区中形成，在第一层的以下区域中：在所述区域中所述第一层没有由所 述第二层覆盖，其中所述第二层在所述区域中至少部分地去除，从而形成槽（Trog)。那么， 端子的总厚度是较小的，并且可以使用具有较小注入深度的注入机。
[0013] 然而，端子此外也可以在所述第二层中形成。这能够实现与针对根据现有技术的 金属氧化物半导体场效应晶体管设计的组件的兼容性。
[0014] 注入深度可以比所述沟槽的深度深一百纳米或数百纳米。那么可以实现栅极氧化 物的特别好的屏蔽。
[0015] 根据本发明提出的金属氧化物半导体场效应晶体管包括以下：η型掺杂的外延漂 移区、设置在所述漂移区上的P型掺杂的外延第一层和设置在所述第一层上的高度η型掺 杂的第二层。此外包括通过P +注入形成的端子，所述第一层与所述端子电接通。在所述第 一层中、在所述第二层中与在所述漂移区中形成沟槽，在所述沟槽中如此设置氧化物层和 在其之上的栅电极，使得所述第一层横向设置在沟槽与端子之间，从而在所述第一层中可 以形成竖直的通道区域。金属氧化物半导体场效应晶体管的特征在于，所述P +注入的注入 深度至少与所述沟槽的深度一样大。
[0016] 深的ρ+注入可以如此分离相邻的沟槽，使得场不再能够影响栅极氧化物，因为所 述场被引导绕开所述栅极氧化物。此外，体二极管可以实施为纯ρη二极管。
[0017] 根据本发明提出的用于制造金属氧化物半导体场效应晶体管的方法包括以下步 骤：提供η型掺杂的外延漂移区；在所述漂移区上设置ρ型掺杂的外延第一层以及在所述 第一层上设置高度η型掺杂的第二层；通过ρ +注入形成端子，从而所述第一层与所述端子 电接通。其他的步骤是：在所述第一层中、在所述第二层中和在所述漂移区中形成沟槽；在 所述沟槽中形成栅极氧化物以及在所述沟槽中设置栅电极，从而所述第一层横向设置在沟 槽和端子之间，从而在所述第一层中可以形成竖直的通道区域。所述方法的特征在于，所述 P+注入的注入深度至少与所述沟槽的深度一样大。
[0018] 根据本发明提出的机动车包括功率开关，所述功率开关包括根据本发明提出的金 属氧化物半导体场效应晶体管。
[0019] 在从属权利要求中说明并且在说明书中描述本发明的有利扩展方案。
【附图说明】
[0020] 根据附图和下面的描述详细阐述本发明的实施例。附图示出：
[0021] 图1 :根据现有技术的沟道MOSFET ;
[0022] 图2 :根据本发明的第一实施例的沟道MOSFET ;
[0023] 图3 :根据本发明的第二实施例的沟道MOSFET ;
[0024] 图4 :根据本发明的第三实施例的沟道MOSFET。
【具体实施方式】
[0025] 如同其应用在本发明的不同方面中那样，至少与沟槽的深度一样大的P+注入可以 通过不同的方式实现。
[0026] 图2、3和4示出根据本发明的沟道MOSFET 101、102、103的示例性实施方式，所述 沟道MOSFET例如可以应用到用于机动车的功率开关中。
[0027] 用于根据本发明的沟道MOSFET 101、102、103的实施方式的一种示例性材料是η 型掺杂的碳化硅层，其具有六角形的晶体结构（4H-SiC衬底）并且具有低η型掺杂的外延 碳化硅漂移区（η漂移区）10,在它们之间设置有η型掺杂的碳化硅缓冲层。在其上构造有 高度P型掺杂的外延碳化娃层（Ρ层）20。作为下一层，外延生长或注入高度η型掺杂的碳 化硅层（η +源极）30。所述η型掺杂的碳化硅层30用作源极端子。4H-SiC衬底10的背侧 用作漏极端子。
[0028] 在衬底的一个横向区域中，至少在第一层20和漂移区10中通过p+注入实现端子 41、42,所述端子与第一层20电接通。在衬底的另一横向区域中实现沟槽。在所述横向区 域与所述另一横向区域之间