一种改善栅极电场的碳化硅场效应管器件的制作方法

本发明属于半导体器件，尤其涉及一种改善栅极电场的碳化硅场效应管器件。

背景技术：

1、随着电力电子技术不断向高能效、高功率密度和小型化发展，目前对于功率开关器件的功耗和开关速度提出了更高的要求。碳化硅材料具有高热导率、禁带宽度大、电子饱和速度高、临界击穿电场强度高的特点，是制作能够适应极端环境的大功率器件所必需的和最重要的半导体材料之一。碳化硅场效应管器件比传统的硅场效应管器件具有更优秀的高温稳定性，被广泛应用于新能源汽车、高铁和智能电网等高压高频大功率领域。

2、现有的碳化硅场效应管器件在阻断状态时，由于其高击穿电场，其栅氧层相对于硅器件的栅氧层承受着更高的电场应力，不利于长期使用的可靠性。目前改善栅氧电场的方式包括：方式一，公开号为cn110660863a的发明专利中，对碳化硅场效应管器件的jfet区域注入n型离子，形成了jfet埋层式掺杂区，从而提高栅氧可靠性；方式二，公开号为cn112820769a的发明专利中，在碳化硅场效应管器件的jfet区的一侧设置了p型控制区，以提高器件的可靠性，方式三，公开号为cn117334732a的发明专利中，在碳化硅mosfet的漂移层和栅极氧化层之间插入了高k介质，以提高栅极介质层的可靠性。但方式一中由于增加了掩埋层，需要对碳化硅场效应管器件进行二次外延，大大增加了其制作工艺的复杂程度；方式二由于存在p型控制区，使碳化硅场效应管器件的有源区域大大减小，从而减小了的有源面积利用率；方式三中由于需要额外增加k介质，也增加了碳化硅场效应管器件在制作时候的工艺复杂度。

技术实现思路

1、针对现有技术中的上述不足，本发明提供的一种改善栅极电场的碳化硅场效应管器件，通过对场效应管的传统平面结构jfet区域进行改进，将其设置为多个不同n型掺杂区域组成的jfet区域，在低工艺复杂度的情况下，实现了减小栅极电场的效果，解决了碳化硅场效应管器件长期使用可靠性不足的问题。

2、为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：

3、本发明提供的一种改善栅极电场的碳化硅场效应管器件，包括多层jfet区域模块；

4、所述多层jfet区域模块包括从下到上依次堆叠的第一jfet区域层、第二jfet区域层和第三jfet区域层；所述第一jfet区域层、第二jfet区域层和第三jfet区域层均关于同一中心轴线水平对称，且所述第一jfet区域层的宽度和第三jfet区域层的宽度均大于第二jfet区域层的宽度；

5、所述第一jfet区域层、第二jfet区域层和第三jfet区域层均为n型掺杂区域；所述第一jfet区域层和第二jfet区域层的n型掺杂浓度均大于第三jfet区域层的n型掺杂浓度；所述第二jfet区域层的n型掺杂浓度大于第一jfet区域层的n型掺杂浓度。

6、本发明的有益效果为：本发明提供的一种改善栅极电场的碳化硅场效应管器件，通过将传统平面结构jfet区域改进成了由多层不同浓度n型掺杂jfet区域层构成的多层jfet区域模块，以对栅极周围电场进行调制，达到减小栅极上最大电场的作用，同时还提高了器件栅极的可靠性；通过使第一jfet区域层的宽度和第三jfet区域层的宽度均大于第二jfet区域层的宽度，使得在第二jfet区域的两侧形成一部分突出的pwell区域层，pwell区域层在器件关断承受漏极电压时可以起到承受电压的作用，从而进一步减小栅极下方的电压；通过使第一jfet区域层和第二jfet区域层的n型掺杂浓度均大于第三jfet区域层的n型掺杂浓度，能够减小因第三jeft区域层；通过使第二jfet区域层的n型掺杂浓度大于第一jfet区域层的n型掺杂浓度能够减小突出的pwell区域层带来的额外的器件开启电阻。

7、进一步地，所述第一jfet区域层的宽度和第三jfet区域层的宽度相等。

8、采用上述进一步方案的有益效果为：本发明中，通过使第一jfet区域层的宽度和第三jfet区域层的宽度相等，且均大于第二jfet区域层的宽度，，以形成使得在第二jfet区域的两侧形成一部分突出的pwell区域层，通过pwell区域层承受漏极电压时可以起到承受电压的作用，从而减小栅极下方的电压。

9、进一步地，所述碳化硅场效应管器件还包括关于同一中心轴线均呈水平对称的金属漏极层、n+衬底层、n-外延层、pwell区域层、nplus区域层、pplus区域层、金属源极层、栅氧层和多晶硅栅极层，其中，该中心轴线与第一jfet区域层、第二jfet区域层和第三jfet区域层呈水平对称时对应的中心轴线为同一轴线；

10、所述金属漏极层、n+衬底层和n-外延层从下到上依次堆叠；所述pwell区域层的下侧和第一jfet区域层的下侧均与n-外延层的上侧连接；所述pwell区域层包括2个pwell区域子层，所述nplus区域层包括2个nplus区域子层，所述pplus区域层包括2个pplus区域子层，所述金属源极层包括2个金属源极子层；所述多层jfet区域模块的水平方向两侧分别与pwell区域子层对应连接，其中，第一jfet区域层的水平方向两侧、第二jfet区域层的水平方向两侧和第三jfet区域层的水平方向两侧分别与pwell区域子层对应连接；所述nplus区域子层水平方向一侧与pplus区域子层连接；所述nplus区域子层水平方向的另一侧、下侧和pplus区域子层的下侧均与pwell区域子层连接；所述nplus区域子层的上侧和pplus区域子层的上侧均与金属源极子层连接；所述金属源极子层、nplus区域子层的上侧、pwell区域子层的上侧和第三jfet区域层的上侧均与栅氧层的凸侧的连接；所述栅氧层的凹侧与多晶硅栅极层连接。

11、采用上述进一步方案的有益效果为：本发明提供基于多层jfet区域模块的完整改善栅极电场的碳化硅场效应管器件，通过多层jfet区域模块的设置，能够有效提升碳化硅场效应管器件的栅极的可靠性，从而保障碳化硅场效应管器件长期使用的稳定性。

12、进一步地，所述多层jfet区域模块还包括第四jfet区域层；所述第四jfet区域层包括2个第四jfet区域子层；所述第三jfet区域层水平方向两侧分别与第四jfet区域子层的一侧连接；所述第三jfet区域层及水平方向两侧的第四jfet区域子层的宽度总和与第一jfet区域层的宽度相等；所述第四jfet区域子层的n型掺杂浓度大于第三jfet区域层的n型掺杂浓度。

13、采用上述进一步方案的有益效果为：本发明提供多层jfet区域模块的另一种形式，在第三jfet区域层水平方向两侧设置有两个相同的第四jfet区域子层，两个第四jfet区域子层构成第四jfet区域层，且通过使第四jfet区域子层的n型掺杂浓度大于第三jfet区域层的n型掺杂浓度，能够引导电场沿着第四jfet区域层分布，防止器件的栅极下方的电场过度集中，同时减小因第三jfet区域层较低n型掺杂浓度造成的开通电阻过大的影响。

14、进一步地，所述碳化硅场效应管器件还包括关于同一中心轴线均呈水平对称的金属漏极层、n+衬底层、n-外延层、pwell区域层、nplus区域层、pplus区域层、金属源极层、栅氧层和多晶硅栅极层，其中，该中心轴线与第一jfet区域层、第二jfet区域层和第三jfet区域层呈水平对称时对应的中心轴线为同一轴线；

15、所述金属漏极层、n+衬底层和n-外延层从下到上依次堆叠；所述pwell区域层的下侧和第一jfet区域层的下侧均与n-外延层的上侧连接；所述pwell区域层包括2个pwell区域子层，所述nplus区域层包括2个nplus区域子层，所述pplus区域层包括2个pplus区域子层，所述金属源极层包括2个金属源极子层；所述多层jfet区域模块的水平方向两侧分别与pwell区域子层对应连接，其中，第一jfet区域层的水平方向两侧、第二jfet区域层的水平方向两侧和第四jfet区域子层的水平方向的另一侧分别与pwell区域子层对应连接；所述nplus区域子层水平方向一侧与pplus区域子层连接；所述nplus区域子层水平方向的另一侧、下侧和pplus区域子层的下侧均与pwell区域子层连接；所述nplus区域子层的上侧和pplus区域子层的上侧均与金属源极子层连接；所述金属源极子层、nplus区域子层的上侧、pwell区域子层的上侧、第三jfet区域层的上侧和第四jfet区域子层的上侧均与栅氧层的凸侧的连接；所述栅氧层的凹侧与多晶硅栅极层连接。

16、采用上述进一步方案的有益效果为：本发明提供基于具有第四jfet区域层的多层jfet区域模块所构成的完整改善栅极电场的碳化硅场效应管器件，通过多层jfet区域模块中第四jfet区域层的设置，能够进一步有效提升碳化硅场效应管器件的栅极的可靠性，从而保障碳化硅场效应管器件长期使用的稳定性。

17、进一步地，所述多晶硅栅极层为平面栅极或分离栅极。

18、采用上述进一步方案的有益效果为：本发明提供的改善栅极电场的碳化硅场效应管器件，其改进的多层jfet区域模块适用于不同类型的栅极类型。

19、针对于本发明还具有的其他优势将在后续的实施例中进行更细致的分析。