[发明专利]一种积累型沟道结构的T-gate沟槽碳化硅晶体管及其制作方法

说明书

本发明涉及半导体技术领域，公开了一种积累型沟道结构的T‑gate沟槽碳化硅晶体管，包括衬底、缓冲层和外延薄膜；外延薄膜顶部中心的设置有沟槽，沟槽的侧壁和底部分别设有第一栅氧化层和第二栅氧化层；沟槽内部填充有栅电极；沟槽两侧对称设有基底和基区；基区顶部覆盖源区；源区和栅电极的顶部覆盖有隔离介质层；源区、基区、基底和隔离介质层顶部设有源电极；衬底背面设有漏电极。本发明的沟槽型碳化硅晶体管采用积累型沟道结构代替传统器件中的反型层沟道，以此来提高沟道载流子迁移率，降低晶体管的沟道电阻和阈值电压。

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，具体涉及一种积累型沟道结构的T-gate沟槽碳化硅晶体管及其制作方法。

背景技术

随着信息科技水平的不断发展，第三代半导体的研发已经成为了当前各个企业的重地，与硅(Si)、锗(Ge)和砷化镓(GaAs)等传统半导体材料相比，碳化硅(SiC)具有禁带宽、热导率高、介电常数小、电子饱和漂移速率快、击穿临界电场高、硬度强、熔点高和化学稳定性好等诸多特性。目前，碳化硅已被作为新一代半导体材料，广泛应用于家用电器、光伏发电、风力发电、高效电动机、混合和纯电动汽车、高速列车和智能电网等诸多领域的半导体器件中，并表现出耐压等级高、散热性能好、漏电流小、导通功耗低和抗辐照能力强等诸多优势。因此，碳化硅材料为半导体器件的进一步发展带来了新的希望，其被普遍应用于功率器件的生产制作中。

现有的半导体器件通常在衬底上形成有垂直沟槽和通过在沟槽侧面上生长氧化硅膜而形成有垂直栅极的垂直型沟槽型碳化硅晶体管，以此来代替水平栅极的晶体管（如MOSFET和IGBT），垂直型沟槽型碳化硅晶体管有利于高电流和高集成度的元件，但现有的垂直型沟槽型碳化硅晶体管仍然存在以下缺陷：

（1）沟道反型层难以形成：由于SiC材料禁带宽度大，与Si材料等传统半导体器件相比，需要更大的栅电压才能形成反型层。也就是说SiC形成反型层的栅阈值电压比传统半导体器件高，同样的栅压下SiC器件的反型层中载流子浓度一般小于传统半导体器件，过大的栅压会超出栅化层的承受范围。

（2）沟道电阻过大：根据电导率公式，沟道电阻主要是由两个因素决定：一是沟道区载流子浓度，二是沟道区载流子迁移率。SiC与SiO₂界面态密度大，导致沟道区载流子迁移率低；宽禁带的特性导致SiC器件沟道区载流子浓度较小。这两个因素均会导致SiC器件沟道电阻过大。

（3）栅氧化层容易击穿：由于垂直型沟槽型碳化硅晶体管的电场主要集中在具有沟槽栅极结构的SiC半导体的栅极底部，因此会劣化半导体器件的特性，当在较小的反向电压下，高电场集中的栅介质层也很容易被击穿。

可见，现有的沟槽型碳化硅晶体管普遍存在器件沟道反型层难以形成，沟道电阻过大的问题，以及栅氧化层容易击穿等问题。

发明内容

本发明的目的是提出一种积累型沟道结构的T-gate沟槽碳化硅晶体管。

实现本发明目的的技术方案为：

一种积累型沟道结构的T-gate沟槽碳化硅晶体管，包括自下而上依次设置有衬底、第一导电类型缓冲层和第一导电类型外延薄膜形成的半导体薄膜；

所述第一导电类型外延薄膜顶部设置有沟槽，沟槽的侧壁覆盖有第一栅氧化层，沟槽的底部覆盖有第二栅氧化层；所述沟槽内部填充有栅电极；

所述沟槽两侧对称设有相连的第二导电类型基底和第二导电类型基区，所述第二导电类型基底和第二导电类型基区为台状结构；

所述基区顶部覆盖第一导电类型源区；所述第一导电类型源区和栅电极的顶部覆盖有栅源隔离介质层，栅源隔离介质层与沟槽组成“T”形结构；

所述第一导电类型源区、第二导电类型基区、第二导电类型基底和隔离介质层顶部设有源电极；所述衬底背面还设有漏电极。

进一步地，若碳化硅晶体管为碳化硅MOSFET器件，则衬底掺杂类型为第一导电类型；若碳化硅晶体管为碳化硅IGBT器件，则衬底掺杂类型为第二导电类型。