[发明专利]金属氧化物半导体场效应管及其制造方法

说明书

一种金属氧化物半导体场效应管及其制造方法，所述制造方法包括：提供第一导电类型的衬底，在衬底上依次生长第一导电类型的第一外延层和第二导电类型的第二外延层，在所述第一外延层和第二外延层之间还设置有隔离结构，从第二外延层表面刻蚀形成贯穿第二外延层且底部延伸至第一外延层内的沟槽，在沟槽内表面生成栅介质层并填充多晶硅，在所述沟槽两侧的第二外延层内分别形成第一导电类型的注入区。该金属氧化物半导体场效应管不同于传统金属氧化物半导体场效应管的结构，其避免了阱区受长时间高温横向扩散导致沟道长度不稳定的因素，提高可靠性；同时，新的结构还可以降低器件的导通电阻，提高开关速度，减少功耗。

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，尤其是一种金属氧化物半导体场效应管及其制造方法。

背景技术

第三代宽禁带半导体材料碳化硅(SiC)具有不同于传统硅半导体材料的诸多特点，其能带间隙为硅的2.8倍，达到3.09电子伏特。碳化硅的绝缘击穿场强为硅的5.3倍，高达3.2MV/CM，因此在高压功率器件领域，碳化硅器件可以使用相对于传统硅材料更薄的外延层，来到达传统硅器件相同的耐压水平，同时拥有更低的导通电阻。碳化硅功率器件的正反向特性随温度和时间的变化很小，因此可靠性更佳。碳化硅器件具有很好的反向恢复特性，反向恢复时间段、电流小，开关损耗小，可以降低整个系统的功耗。碳化硅的导热率是硅的3.3倍，为49W/CM·K，因此，采用碳化硅材料制造半导体器件与采用硅作为材料的半导体器件相比，其在高温环境下使用时的特性更佳。

目前在大功率器件应用领域，尤其是在轨道交通、新能源汽车、光伏发电等领域，对于功率器件的要求越来越高，不仅要求有更低的系统功耗，更稳定的高温工作性能，还对模块和系统的小型化提出了更为严苛的要求，而碳化硅功率器件，例如：金属氧化物半导体场效应管(Metal-Oxide-SemiconductorField-EffectTransistor,MOSFET)集众优点于一身，因此适合应用在有大功率需求的领域。

常规金属氧化物半导体场效应管的制造工艺流程是先生长栅氧化层，再淀积多晶硅，然后通过涂胶、曝光、显影和刻蚀，形成以掺杂多晶硅为材料的栅电极，然后进行P型阱区的光刻和注入，再通过高温扩散使P型阱区横向扩散形成沟道区，由此形成的横向扩散区就是器件的沟道区，而碳化硅中杂质的扩散速率相对于硅中的杂质扩散速率极低，这使得该步工艺需要在高温下进行超长时间的扩散，才能形成所需要的沟道长度。

此种常规金属氧化物半导体场效应管的制造工艺方法的缺点显而易见：第一，在高温时设备的稳定性随着工作时间的延长的变得越来越不稳定，进而导致横向扩散的沟道长度的不稳定，影响金属氧化物半导体场效应管的基本性能，比如阈值电压和击穿电压的不稳定，批次间的电参数结果一致性差，无法大规模生产。第二，为了提升金属氧化物半导体场效应管的电压能力，通常需要不断增加横向扩散的沟道长度，这导致器件整体的面积增大，单位晶圆的产出数量下降，成本上升。第三，高温长时间的横向扩散工艺在一般的炉管设备难以实现，需要使用昂贵的专用设备，这使得制造成本大大增加。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种金属氧化物半导体场效应管，该金属氧化物半导体场效应管不同于传统金属氧化物半导体场效应管的结构，其避免了阱区受长时间高温横向扩散导致沟道长度不稳定的因素，提高可靠性；同时，新的结构还可以降低器件的导通电阻，提高开关速度，减少功耗。

为解决上述技术问题，本发明采用下述技术方案：所述金属氧化物半导体场效应管，包括：

第一导电类型的衬底；

形成在所述衬底上表面的第一导电类型的第一外延层；

形成在所述第一外延层上表面的第二导电类型的第二外延层；

贯穿所述第二外延层且延伸至所述第一外延层的沟槽；

形成于所述沟槽两侧的所述第二外延层内的第一导电类型的注入区；