今天这篇文章，来自台湾阳明交通大学主要内容是制备源区凹槽SiC MOSFET
先介绍背景，
降低导通电阻是SiC MOSFET进一步发展的关键，
对SiC MOSFET而言，总电阻可分为源极接触电阻、源极电阻、沟道电阻、积累层电阻、JFET区电阻、漂移区电阻、衬底电阻和漏极接触电阻，
其中，漂移区电阻与元胞间距无关，主要由外延层参数决定，除非采用超结技术，否则难以明显降低，
衬底电阻和漏极接触电阻同样不受元胞间距影响，但其他部分则依赖于元胞设计。
对于1.7kV以下的中低压SiC MOSFET器件，导通电阻主要由沟道电阻、JFET区电阻和漂移区电阻构成，
通过缩小元胞间距可减小前两种电阻，但缩小元胞间距带来的JFET宽度、沟道长度等参数的减小，往往会产生其他副作用，比如降低可靠性。
商业化SiC MOSFET已采用自对准沟道技术，沟道长度接近极限，JFET宽度进一步降低的空间也有限，
缩小元胞间距的另一种方式是减小源极区域宽度，但如果降幅太大，欧姆接触面积太小，会导致源极接触电阻骤增。
基于此，本文研制了凹槽源极接触SiC MOSFET，旨在不影响其他电阻的同时，实现比导通电阻的降低。
图片来源：网络
器件结构如上，沟道长度、JFET宽度等关键参数已在图中标注，
重要的是源极欧姆接触区域，可以看到N+区远离沟道那一侧，SiC材料被刻了一部分，源极金属存在一个高度差。
图片来源：网络
具体形成工艺如上，
在N+区上方开窗口，LCT为欧姆接触长度，
随后形成氮化硅（Si₃N₄）侧墙，Lspacer为侧墙长度，
再进行浅槽刻蚀，最后去除侧墙。
必须确保浅槽深度>N+区深度，否则底部的P+区将无法与源极金属接触，这是该工艺量产控制的难题，
看（c）图，N+欧姆接触长度为LMS+XJ，
前者为半导体表面形成的N+欧姆接触长度，大小取决于侧墙宽度，
后者为N+区结深，只要确保浅槽深度>N+区深度，浅槽两侧侧壁的N+欧姆接触长度即为XJ，
因此，N+欧姆接触总长度为：2×(LMS+XJ)，
相比传统结构，这种器件对元胞间距的缩小有多少？
取决于XJ，
假设XJ= 0.3μm，则源极接触长度和元胞间距可以缩小0.6μm，且不会减小源极接触面积。
这种方法的本质是，将原本源极欧姆接触的二维结构转变为三维结构，利用浅槽两侧侧壁形成N+欧姆接触，利用浅槽底部形成P+欧姆接触，
换言之，将欧姆接触做到半导体内部，而非半导体表面，以抠出一点元胞间距。
接下来进行器件制备，
条形元胞，1.7kV SiC MOSFET，外延层厚度15μm，浓度5.3e15cm-3，
源区刻槽工艺，侧墙长度Lspacer为0.3μm，
其他工艺不赘述，最后衬底减薄至160μm。
图片来源：网络
设计参数拉偏如上，元胞间距有三种，5.0μm、5.4μm和6.2μm，JFET宽度有两种，1.6μm和2.1μm，接触孔长度有三种，1.0μm、1.4μm和2.2μm，
图片来源：网络
对L5.0_J2.1器件进行仿真，结果如上，算出了各部分电阻比例，RSC为源极欧姆接触电阻，仅占6.7%，因此源区凹槽的主要作用并非降低RSC，而是在不增加或轻微增加RSC的前提下，缩小元胞间距，以此提升沟道密度，从而降低总电阻。
图片来源：网络
器件剖面图如上，
N+区呈箱式分布，结深0.3μm，凹槽深度0.4μm，源极金属采用镍，通过色散光谱证实了源极凹槽欧姆接触工艺的成功实现。
但这种源极结构无法用传统方式（TLM或CBKR）提取欧姆接触电阻，这在量产工艺中是个问题。
图片来源：网络
输出曲线如左图，不同设计参数器件的电阻对比如右图，相同元胞间距下，当JFET宽度从2.1μm降至1.6μm，电阻上升5%~7%，相同JFET宽度下，当接触孔长度从2.2μm降至1.0μm，元胞间距从6.2μm降至5.0μm，电阻降低12.6%，
图片来源：网络
这张图是常规SiC MOSFET器件的输出曲线，除了没有源区凹槽外，其他设计完全一致，可以看到，无论哪个JFET宽度下，当元胞间距从5.4μm降至5.0μm，电阻反而有所增加，作者的解释是——这0.4μm是通过缩小源极接触长度实现，源极接触电阻的增大导致器件总电阻增大，以此间接证明源区凹槽结构的优势（在显著缩小元胞间距的同时，源极接触电阻不增加或轻微增加）。
小结：
1、制备了一种源区凹槽SiC MOSFET，设计思路是——将源极欧姆接触从传统的二维结构，转变为三维结构，本质上是将欧姆接触做到半导体内部，而非半导体表面，以抠出一点元胞间距。
2、所制备的源区凹槽SiC MOSFET，当接触孔长度从2.2μm降至1.0μm，元胞间距从6.2μm降至5.0μm，电阻降低12.6%，
证明了该器件可以在显著缩小元胞间距的同时，源极接触电阻不增加或轻微增加，进而确保总电阻明显降低。
如您对我们的产品感兴趣，欢迎联系
我们将为您提供高效、贴心的解决方案！
咨询电话：135 1009 9916（微信同号）
点击下方图片免费领取产品规格书
想深入了解碳化硅功率器件产品知识？点击→「碳化硅（SiC）课堂」获取详情！
