由于碳化硅具有不同于傳統(tǒng)硅半導(dǎo)體材料的諸多特點(diǎn)，其能帶間隙為硅的2.8倍，絕緣擊穿場(chǎng)強(qiáng)為硅的5.3倍。因此在高壓功率器件領(lǐng)域，碳化硅器件可以使用相對(duì)于硅材料更薄的外延層來(lái)達(dá)到傳統(tǒng)硅器件相同的耐壓水平，同時(shí)擁有更低的導(dǎo)通電阻。

目前，利用碳化硅制備溝槽功率器件的主要問(wèn)題在于，在器件運(yùn)行時(shí)會(huì)有很大的電場(chǎng)施加在柵極溝槽內(nèi)的柵介質(zhì)層上，這使得柵極容易被擊穿，影響了器件的耐壓。

因此，為了提高半導(dǎo)體器件的耐壓性能，東微半導(dǎo)體在2020年11月16日申請(qǐng)了一項(xiàng)名為“半導(dǎo)體器件的制造方法”的技術(shù)方案（申請(qǐng)?zhí)枺?02011280137.9），申請(qǐng)人為蘇州東微半導(dǎo)體股份有限公司。

根據(jù)該專利目前公開(kāi)的相關(guān)資料，讓我們一起來(lái)看看這項(xiàng)技術(shù)方案吧。

如上圖，為制作該半導(dǎo)體器件的襯底結(jié)構(gòu)，該半導(dǎo)體襯底包括依次層疊設(shè)置的第一n型半導(dǎo)體層20、第二n型半導(dǎo)體層21、p型半導(dǎo)體層22和第三n型半導(dǎo)體層23。其中，第一n型半導(dǎo)體層作為半導(dǎo)體器件的n型漏區(qū)，由碳化硅層所構(gòu)成。

對(duì)于該襯底，會(huì)在其上進(jìn)行光刻和刻蝕，從而在半導(dǎo)體襯底內(nèi)同時(shí)形成交替間隔設(shè)置的柵極溝槽和源極溝槽。柵極溝槽的底部和源極溝槽的底部均位于第二n型半導(dǎo)體層內(nèi)，源極溝槽的寬度大于柵極溝槽的寬度。

而對(duì)于功能區(qū)域的劃分，柵極溝槽和源極溝槽之間的p型半導(dǎo)體層作為半導(dǎo)體器件的p型體區(qū)，柵極溝槽和源極溝槽之間的第三n型半導(dǎo)體層作為半導(dǎo)體器件的n型源區(qū)。

如上圖，為覆蓋有絕緣層以及進(jìn)行各向異性刻蝕的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)示意圖，第一絕緣層24為覆蓋柵極溝槽的內(nèi)壁并覆蓋源極溝槽的內(nèi)壁，其通過(guò)對(duì)氧化硅進(jìn)行淀積工藝形成。然后形成第一導(dǎo)電層并回刻，刻蝕后剩余的第一導(dǎo)電層在柵極溝槽內(nèi)形成第一柵極25。

這是由于源極溝槽的寬度大于柵極溝槽的寬度，在形成第一導(dǎo)電層時(shí)，可以使第一導(dǎo)電層填滿柵極溝槽但不填滿源極溝槽。因此在刻蝕第一導(dǎo)電層時(shí)，通過(guò)各向異性的刻蝕方法可以直接刻蝕掉源極溝槽內(nèi)的第一導(dǎo)電層，而在柵極溝槽內(nèi)剩余一部分第一導(dǎo)電層以形成第一柵極。

接著，對(duì)第一絕緣層進(jìn)行各向異性刻蝕，將源極溝槽下方的第二n型半導(dǎo)體層暴露出來(lái)。然后進(jìn)行p型離子注入，在第二n型半導(dǎo)體層內(nèi)形成位于源極溝槽下方的p型摻雜區(qū)26?；蛘呤箍涛g后剩余的第一絕緣層的上表面與p型半導(dǎo)體層的上表面位置相同。

如上圖，為進(jìn)一步進(jìn)行柵極溝槽、源極溝槽以及源極形成的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)示意圖。在上述形成p型摻雜區(qū)后，淀積一層光刻膠42，通過(guò)光刻工藝將柵極溝槽暴露出來(lái)。然后對(duì)柵極溝槽內(nèi)的第一絕緣層進(jìn)行刻蝕，使得柵極溝槽內(nèi)剩余的第一絕緣層的上表面不高于p型半導(dǎo)體層的下表面。

接著，去除掉光刻膠后形成第二絕緣層27，然后淀積一層光刻膠43。通過(guò)光刻工藝將源極溝槽暴露出來(lái)，然后對(duì)源極溝槽內(nèi)的第二絕緣層進(jìn)行刻蝕，從而去除掉源極溝槽內(nèi)的第二絕緣層。之后，繼續(xù)對(duì)源極溝槽內(nèi)的第一絕緣層進(jìn)行各向異性刻蝕，使得p型半導(dǎo)體層在源極溝槽的側(cè)壁位置處暴露出來(lái)。

最后，在上述結(jié)構(gòu)上形成第二導(dǎo)電層28，并對(duì)第二導(dǎo)電層進(jìn)行刻蝕，刻蝕后剩余的第二導(dǎo)電層在柵極溝槽內(nèi)形成第二柵極并在源極溝槽內(nèi)形成源極。

以上就是東微半導(dǎo)體發(fā)明的基于碳化硅的半導(dǎo)體器件制造方案，該方案中的柵極溝槽和源極溝槽在同一步刻蝕工藝中同時(shí)形成，并且源極溝槽下方的p型摻雜區(qū)可以增加源極溝槽底部附近的電場(chǎng)，把半導(dǎo)體器件內(nèi)的最高電場(chǎng)限定在源極溝槽的底部附近，從而保護(hù)柵極溝槽內(nèi)的柵極不容易被擊穿，并有效提高了半導(dǎo)體器件的耐壓。