异质结绝缘栅场效应管及其制造方法、半导体器件

1.本公开涉及半导体技术领域，特别是涉及异质结绝缘栅场效应管及其制造方法、半导体器件。


背景技术：

2.碳化硅（sic）材料的mosfet (金属-氧化物-半导体-场效应晶体管)器件开关损耗低，易驱动，在电网、新能源汽车、国防军工中发挥了重要的作用，受到业界高度关注。
3.碳化硅材料的自然氧化物为氧化硅，能通过热氧化的方式生长栅介质。然而由于碳化硅分子中有碳原子的存在，在热氧化过程中的后半段，氧原子需穿越致密的氧化层扩散至碳化硅的表面，当氧原子浓度不足时，碳化硅表面碳原子可能无法被完全氧化形成气体的一氧化碳或二氧化碳逸出，部分碳原子留在界面处。留在界面处的碳原子会导致sic和sio2分子键能发生变化，并引入缺陷能级。在mos结构处于正压偏置形成反型层沟道时，界面缺陷将俘获电子导致沟道电阻增加。这会导致sic mosfet的静态性能不够优秀。
4.为了调整沟道迁移率，有些栅氧退火处理技术采用在sic上进行高温氧化并进行n
x
o退火，以在表面提供较多的n原子提高沟道载流子浓度。但通过该方式调整沟道迁移率有较大的局限，实际迁移率一般不高于80cm2/vs，这限制了沟道电阻的降低，并影响器件的导通性能。


技术实现要素：

5.基于此，本公开提供一种静态性能得到提升的异质结绝缘栅场效应管、半导体器件，并提供一种用于制造异质结绝缘栅场效应管的方法。
6.本公开实施方式提供一种异质结绝缘栅场效应管，该异质结绝缘栅场效应管包括：第一材料结构；第二材料结构，与第一材料结构堆叠构成半导体结构，第二材料结构的碳含量小于第一材料结构的碳含量；栅极，沿堆叠的方向贯穿第二材料结构；以及氧化层，位于栅极与半导体结构之间，包括：对应第一材料结构的第一氧化部和对应第二材料结构的第二氧化部。
7.本公开实施方式提供的异质结绝缘栅场效应管具有经过修整的、较高的沟道迁移率，并且保证了异质结材料间的能带差没有明显影响器件整体的导通电压，该异质结绝缘栅场效应管具有较好的静态性能。
8.在一些实施方式中，第一材料结构的材料包括碳化硅，第二材料结构的材料包括硅或锗。示例性地，第二氧化部的界面处含碳量小于第一氧化部的界面处含碳量。
9.在一些实施方式中，第二材料结构对应第二氧化部的界面处的碳含量为零。示例性地，第二氧化部的界面处含碳量为零。示例性地，第二材料结构的含碳量为零。
10.如此设置，界面处分子键能保持较好，可减少甚至避免引入缺陷能级，该异质结绝缘栅场效应管的沟道电阻小。
11.在一些实施方式中，半导体结构具有电流扩散区、沟道区及第一源接触区，电流扩
散区与第一源接触区具有第一掺杂类型，沟道区具有第二掺杂类型；第二材料结构包括：位于电流扩散区的第一电流扩散部、位于沟道区的第一沟道部及位于第一源接触区的第一源接触部；栅极包括：位于第一电流扩散部背离第一沟道部一侧的延伸栅和沿堆叠的方向覆盖第一沟道部的覆盖栅。
12.本公开实施方式提供的异质结绝缘栅场效应管可被实施为基于平面型异质结绝缘栅场效应管的结构，其易于导通，具有较好的静态性能。
13.在一些实施方式中，延伸栅在异质结绝缘栅场效应管的元胞截面中具有矩形、梯形或圆角多边形的形状。
14.如此设置，可根据实际需求及结构设置栅极的形状，可保证电学性能并可改善可靠性、使用寿命等。
15.在一些实施方式中，异质结绝缘栅场效应管还具有第二源接触区，第二源接触区具有第二掺杂类型，第二源接触区位于第一源接触区背离延伸栅的一侧，且第二源接触区完全处于第二材料结构。
16.本公开实施方式提供一种静态性能好、易于制造的平面型异质结绝缘栅场效应管。
17.在一些实施方式中，第一氧化部包括对应电流扩散区的第一氧化段和对应第一源接触区的第二氧化段，第二源接触区沿堆叠的方向贯穿电流扩散区。
18.如此设置，可利用第二氧化段保证源极的形成位置，该异质结绝缘栅场效应管电学性能好，元胞尺寸小。
19.在一些实施方式中，半导体结构具有沿堆叠的方向依次堆叠的电流扩散区、沟道区及第一源接触区，电流扩散区与第一源接触区具有第一掺杂类型，沟道区具有第二掺杂类型；第二材料结构包括位于第一源接触区的第一源接触部和位于沟道区的第一沟道部，第一材料结构包括位于电流扩散区的第一电流扩散部。
20.本公开实施方式提供的异质结绝缘栅场效应管可被实施为沟槽型异质结绝缘栅场效应管，其易于导通，具有较好的静态性能。
21.在一些实施方式中，异质结绝缘栅场效应管还具有第二源接触区，第二源接触区具有第二掺杂类型，第二材料结构包括位于第二源接触区的第二源接触部，第二源接触部位于第一沟道部背离栅极的一侧。
22.本公开实施方式提供一种静态性能好的沟槽型异质结绝缘栅场效应管。
23.在一些实施方式中，异质结绝缘栅场效应管还具有第二源接触区，第二源接触区具有第二掺杂类型，第一材料结构包括位于第二源接触区的第三源接触部，第三源接触部沿堆叠的方向比第一沟道部远离第一源接触区。
24.如此设置，可配置源极深入到第二材料结构的异质结绝缘栅场效应管，可避免异质结对体二极管导通电压的影响。
25.在一些实施方式中，第二材料结构包括位于电流扩散区的第二电流扩散部，栅极包括贯穿沟道区的第一延伸段和贯穿第二电流扩散部的第二延伸段，第二电流扩散部与第一延伸段部分地投影重合。
26.如此设置，第二延伸段在垂直于堆叠方向的方向上较窄，而第二电流扩散部更宽，继而有助于降低整体的导通电阻。
27.在一些实施方式中，异质结绝缘栅场效应管还包括屏蔽层，屏蔽层沿堆叠的方向位于第二延伸段朝向第一材料结构的一侧。
28.如此设置，可避免氧化层击穿，提升器件可靠性和使用寿命。
29.本公开实施方式在另一方面提供一种用于制造异质结绝缘栅场效应管的方法，该方法包括：形成半导体结构，半导体结构包括堆叠的第一材料结构和第二材料结构，第二材料结构的碳含量小于第一材料结构的碳含量；形成栅极沟槽，栅极沟槽沿堆叠的方向贯穿第二材料结构；通过氧化工艺形成氧化层，其中，氧化层包括对应第一材料结构的第一氧化部和对应第二材料结构的第二氧化部；以及形成栅极，栅极与半导体结构被氧化层隔开。
30.本公开实施方式提供的方法易于执行，形成的产品质量好，可保证第二材料结构与第二氧化部界面处的电性能，并克服异质结本来可能带来的压降以保证产品整体的电学性能。
31.在一些实施方式中，形成半导体结构的步骤包括：形成堆叠的第一介质层和第二介质层，其中，第一介质层的材料包括碳化硅，第二介质层的材料包括硅或锗，第二介质层的碳含量小于第一介质层的碳含量。
32.在一些实施方式中，形成半导体结构的步骤还包括：形成沟道区，具有第二掺杂类型，沟道区至少包涵第二介质层的一部分，沟道区暴露于第二介质层表面；形成第一源接触区，具有第一掺杂类型，第一源接触区至少包涵第二介质层的一部分；及形成电流扩散区，其中，电流扩散区具有第一掺杂类型电流扩散区至少包涵第二介质层的一部分。
33.在一些实施方式中，用于制造异质结绝缘栅场效应管的方法还包括：形成源极沟槽，源极沟槽与栅极沟槽间隔设置，且延伸入第一材料结构或第二材料结构；及形成源极。
34.本公开实施方式提供的方法可用于形成不同构造的产品，以适应各种应用环境。
35.本公开实施方式还提供一种半导体器件，包括：电路；及前述的异质结绝缘栅场效应管，异质结绝缘栅场效应管与电路电连接。
36.该半导体器件使用性能好。
附图说明
37.图1为本公开实施方式提供的用于制造异质结绝缘栅场效应管的方法的流程框图；图2为本公开实施方式中形成第一介质层后的预制半导体结构示意图；图3为本公开实施方式中形成第二介质层后的预制半导体结构示意图；图4为本公开实施方式中形成沟道区后的预制半导体结构示意图；图5为本公开实施方式中形成第一源接触区后的预制半导体结构示意图；图6为本公开实施方式中形成第二源接触区后的预制半导体结构示意图；图7为本公开实施方式中形成电流扩散区后的预制半导体结构示意图；图8为本公开实施方式中形成栅极沟槽后的预制半导体结构示意图；图9为本公开实施方式中形成氧化层后的预制半导体结构示意图；图10为本公开实施方式中形成栅极后的预制半导体结构示意图；图11为本公开实施方式中经过回刻步骤后的预制半导体结构示意图；图12为本公开实施方式中形成源极后的预制半导体结构示意图；
图13为本公开实施方式中异质结绝缘栅场效应管的元胞结构示意图；图14为本公开实施方式提供的异质结绝缘栅场效应管的结构示意图；图15为本公开实施方式提供的异质结绝缘栅场效应管的结构示意图；图16为本公开实施方式提供的异质结绝缘栅场效应管的结构示意图；图17为本公开实施方式提供的异质结绝缘栅场效应管的结构示意图；图18为本公开实施方式提供的异质结绝缘栅场效应管的结构示意图；图19为本公开实施方式提供的异质结绝缘栅场效应管的结构示意图；图20为本公开实施方式提供的异质结绝缘栅场效应管的结构示意图；图21为本公开实施方式提供的异质结绝缘栅场效应管的结构示意图；图22为本公开实施方式提供的异质结绝缘栅场效应管的结构示意图；图23为本公开实施方式提供的半导体器件的结构框图。
38.附图标记说明：1、预制衬底；2、漏接触区；3、第一介质层；4、第二介质层；5、沟道区；501、第二沟道部；502、第一沟道部；6、第一源接触区；601、第三源接触部；602、第一源接触部；7、第二源接触区；701、第二源接触部；702、第四源接触部；8、电流扩散区；801、第一电流扩散部；802、第二电流扩散部；9、第三介质层；10、栅极沟槽；101、第一侧壁；110、预制氧化层；11、氧化层；111、第一氧化部；1111、第一氧化段；1112、第二氧化段；112、第二氧化部；120、预制栅极；12、栅极；121、延伸栅；1211、第一延伸段；1212、第二延伸段；122、覆盖栅；130、源极沟槽；13、源极；14、漏极；15、屏蔽层；100、第一材料结构；200、电路；300、异质结绝缘栅场效应管；400、第二材料结构；500、半导体器件。
具体实施方式
39.为使本公开实施方式的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本公开实施方式的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本公开实施方式。但是本公开实施方式能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本公开实施方式内涵的情况下做类似改进，因此本公开实施方式不受下面公开实施方式的具体实施例的限制。
40.在本公开实施方式的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“垂直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本公开实施方式和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本公开实施方式的限制。
41.在本公开实施方式中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
42.此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示
相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。示例性地，第一源接触部也可被称作第二源接触部，第二源接触部也可被称作第一源接触部。在本公开实施方式的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
43.在本公开实施方式中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”等应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是柔性连接，也可以是沿至少一个方向的刚性连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，或者使直接相连同时存在中间媒介，还可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。术语“安装”、“设置”、“固定”等可以广义理解为连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本公开实施方式中的具体含义。
44.除非另有限定，本文中所使用的术语“层”、“区”指代包括具有一定厚度的区域的材料部分。层能够水平地、垂直地和/或沿着锥形表面延伸。层能够是均匀或不均匀连续结构的区域，其垂直于延伸方向的厚度可不大于连续结构的厚度。层能够包括多个层。附图中各种区、区域、层的形状及它们之间的相对大小、位置关系仅是示例性地，实际可能因制造公差或技术限制而有所偏差，并可根据实际需求而调整设计。
45.参阅图1，图1示出了本公开实施方式中的用于制造异质结绝缘栅场效应管的方法流程。本公开实施方式提供的用于制造异质结绝缘栅场效应管的方法1000包括下述步骤s101至步骤s104。
46.步骤s101，形成半导体结构。该半导体结构包括堆叠的第一材料结构和第二材料结构。第二材料结构的碳含量小于第一材料结构的碳含量，可利用各种沉积方式形成具体结构，并控制材料类型。该半导体结构的基本功能区可按平面型异质结绝缘栅场效应管的半导体结构或沟槽型异质结绝缘栅场效应管的半导体结构等进行设计。
47.步骤s102，形成栅极沟槽。栅极沟槽沿堆叠的方向贯穿第二材料结构。第一材料结构的一部分暴露于栅极沟槽。示例性地，栅极沟槽还延伸到第一材料结构中。
48.步骤s103，通过氧化工艺形成氧化层。在氧化工艺中，第一材料结构及第二材料结构暴露出来的表面被氧化。第一材料结构的表面物质及第二材料结构的表面物质中，可有一部分被氧化后散逸，还可有一部分用于形成氧化层。步骤s101中得到的半导体结构可称预制半导体结构，并可在形成氧化层后得到半导体结构。
49.本公开实施方式中，氧化层在形成时可变厚并会侵入预制半导体结构，氧化层与半导体结构的界面可在该步骤得到，因此可将氧化层与半导体结构的界面物质视为氧化层的一部分。氧化层包括对应第一材料结构的第一氧化部和对应第二材料结构的第二氧化部，第一氧化部的材料与第二氧化部的材料可不同。示例性地，第一氧化部界面处的材料与第二氧化部界面处的材料不同。
50.步骤s104，形成栅极。氧化层可沿栅极沟槽内壁面延伸并覆盖第二材料结构，栅极可填满形成有氧化层的栅极沟槽。
51.本公开实施方式提供的用于制造异质结绝缘栅场效应管的方法，各工艺易于实现，通过设计第二材料结构的厚度与栅极沟槽的深度，配合制造出新型半导体结构，使得所制造的异质结绝缘栅场效应管具有低的导通电阻，具有良好的静态性能。
52.结合图2至图14详述本公开实施方式提供的用于制造异质结绝缘栅场效应管的方法1000。
53.图2示出了本公开实施例中形成第一介质层后的预制半导体结构。结合图2所示，在一些实施例中，形成半导体结构的步骤包括：形成第一介质层3。可在漏接触区2上外延形成第一介质层3。
54.漏接触区2可以是衬底经过离子注入等方式形成的，可具有第一掺杂类型。第一掺杂类型可指电子型掺杂，漏接触区2可具有n+型掺杂。第一介质层3可具有第一掺杂类型，例如n型。
55.漏接触区2和第一介质层3可用于构成预制衬底1，预制衬底1可包括其他结构。预制衬底1的材料可包括碳化硅、硅、硅锗、锗、
ⅲ‑ⅴ
族化合物如氮化镓和砷化镓中的至少一种。
56.图3示出了形成第二介质层后的预制半导体结构。可通过物理气相沉积、原子层沉积等各种方式形成第二介质层4。第二介质层4与第一介质层3可沿z轴方向堆叠。第二介质层4的材料与第一介质层3的材料不同。第二介质层4的材料包括硅、锗、硅锗等至少一种材料。第二介质层4的碳含量小于第一介质层3的碳含量。示例性地，第一介质层3的材料可包括碳化硅，第二介质层4的材料包括硅，第二介质层4的碳含量可为零。第二介质层4与第一介质层3可形成异质结。
57.图4示出了本公开实施方式中形成沟道区后的预制半导体结构。可利用例如离子注入的方式形成沟道区5。沟道区5可具有第二掺杂类型，例如为p阱区。在一些实施方式中，可基于平面型异质结绝缘栅场效应管的构造形成半导体结构。示例性地，沟道区5至少包涵第二介质层4的一部分，同时沟道区5暴露于第二介质层4表面。如图4所示，预制衬底1中形成有第二沟道部501，第二介质层4中形成有第一沟道部502。待形成的半导体结构可在元胞截面内大致具有对称的构造，对称面可为x轴方向的垂面。两侧的沟道区5之间可具有间隔。下文可示例性地描述元胞结构的半边构造。
58.图5示出了本公开实施方式中形成第一源接触区后的预制半导体结构。可通过例如离子注入的方式形成第一源接触区6。第一源接触区具有第一掺杂类型，例如为n+型掺杂。示例性地，第一源接触区6至少包涵第二介质层4的一部分，也可以包涵预制衬底1的一部分。如图5所示，原第二介质层4处可形成有第一源接触部602，原预制衬底1处形成有第三源接触部601。示例性地，本公开实施例中的各结构可称为预制结构，继而在后续工艺中仍可被加工处理。例如，第一源接触部602形成于前步的第一沟道部502中。
59.图6示出了本公开实施方式中形成第二源接触区后的预制半导体结构。可通过例如离子注入的方式形成第二源接触区7。第二源接触区7可具有第二掺杂类型，例如为p+型掺杂。如图6所示，原预制衬底1处形成有第二源接触部701，原第二介质层4处可形成有第四源接触部702。第四源接触部702与第一沟道部502之间设有第一源接触部602。第二源接触部701可与第二沟道部501电连接。
60.图7示出了本公开实施方式中形成电流扩散区后的预制半导体结构。可通过例如离子注入的方式形成电流扩散区8。电流扩散区8可具有第一掺杂类型，例如为n型掺杂。电流扩散区8至少包涵第二介质层4的一部分。如图7所示，预制衬底1中形成有第一电流扩散部801，第二介质层4中形成有第二电流扩散部802。预制衬底1中可存留第三介质层9。电流
扩散区8的掺杂浓度可大于第一介质层3的掺杂浓度，即大于第三介质层9的掺杂浓度。在一些实施方式中，第一介质层3可具有n-型掺杂类型，继而第三介质层9具有n-型掺杂类型。
61.参考图6和图7，第二电流扩散部802位于第一沟道部502沿x轴方向背离第一源接触部602一侧。第一电流扩散部801沿z轴方向可位于沟道区5之下。第一电流扩散部801和第二电流扩散部802可形成异质结，第一电流扩散部801的含碳量大于第二电流扩散部802的含碳量。在其他一些公开例中，第一电流扩散部801和第二电流扩散部802可形成不含碳的异质结。
62.图8示出了本公开实施方式中形成栅极沟槽后的预制半导体结构。可通过刻蚀的方式形成栅极沟槽10。可将该预制半导体结构中对应原预制衬底1处的结构称为第一材料结构或第一预制材料结构，对应原第二介质层4处称为第二材料结构或第二预制材料结构。则栅极沟槽10沿z轴方向贯穿原第二介质层4处，即贯穿第二材料结构。栅极沟槽10可延伸入原预制衬底1处，即可延伸入第二材料结构。栅极沟槽10可包括第一侧壁101，第一侧壁101对应第二电流扩散部802和第一电流扩散部801形成的异质结。
63.图9示出了本公开实施方式中形成氧化层后的预制半导体结构。可通过氧化工艺形成预制氧化层110。预制氧化层110形成于预制半导体结构的表面。在氧化过程中，预制半导体结构表面的材料可形成氧化物，例如形成二氧化硅和二氧化碳，未被氧化的部分用于构成最终产品中的半导体结构。预制氧化层110包括第一氧化部111和第二氧化部112。第一氧化部111可基于第一电流扩散部801形成，第二氧化部112可基于第二电流扩散部802和第一沟道部502形成。可理解地，第一氧化部111与第一电流扩散部801之间的界面处可能残留有碳，而且该处的含碳量大于第二氧化部112处的含碳量。第二氧化部112处的含碳量可为零。预制氧化层110后续会被去除部分结构。
64.图10示出了本公开实施方式中形成栅极后的预制半导体结构。可通过沉积的方式形成预制栅极120。预制栅极120的材料可包括多晶硅。预制栅极120与预制半导体结构之间可被预制氧化层110隔开。预制栅极120的底端可低于原第二介质层4的底端，预制栅极120可延伸入原预制衬底1的位置中。
65.图11示出了本公开实施方式中经过回刻步骤后的预制半导体结构。可通过回刻步骤将第一源接触区6和第二源接触区7暴露出来，基于预制氧化层110得到氧化层11，基于预制栅极120得到栅极12。栅极12与预制半导体结构被氧化层11隔开。氧化层11包括前述的第一氧化部111和第二氧化部112。栅极12可包括延伸栅121和覆盖栅122。延伸栅121可位于预制半导体结构内，覆盖栅122沿z轴方向的投影至少覆盖第一沟道部502。
66.图12示出了本公开实施方式中形成源极后的预制半导体结构。可通过例如溅射工艺形成源极13。源极13可为金属层，与第一源接触区6电连接，例如可实现欧姆接触。源极13还可与第二源接触区7电连接。
67.图13示出了本公开实施方式中异质结绝缘栅场效应管的元胞结构。可通过例如溅射工艺形成漏极14。漏极14可为金属层，与漏接触区2电连接，例如可实现欧姆接触。图13中，异质结绝缘栅场效应管300包括沿z轴方向堆叠的第一材料结构100和第二材料结构400。第一材料结构100可为基于预制衬底1形成的结构，第二材料结构400可为基于第二介质层4形成的结构。
68.本公开实施方式提供的方法可用于制造综合性能较好的异质结绝缘栅场效应管。
69.图14示出了本公开实施方式提供的异质结绝缘栅场效应管。该异质结绝缘栅场效应管300可通过前述的方法1000得到。在一些实施方式中，异质结绝缘栅场效应管300可以为平面型异质结绝缘栅场效应管。示例性地，异质结绝缘栅场效应管300包括第一材料结构100、第二材料结构400、栅极12及氧化层11。
70.第二材料结构400的含碳量低于第一材料结构100的含碳量，二者形成异质结。第二材料结构400的含碳量可为零。示例性地，半导体结构具有电流扩散区8、沟道区5及第一源接触区6。电流扩散区8与第一源接触区6具有第一掺杂类型，例如为电子型掺杂；沟道区5具有第二掺杂类型，例如为空穴型掺杂。第二材料结构400包括：位于电流扩散区8的第一电流扩散部801、位于沟道区5的第一沟道部502及位于第一源接触区6的第一源接触部602。
71.栅极12沿z轴方向贯穿第二材料结构400。氧化层11将栅极12与半导体结构隔开。栅极12包括：位于第一电流扩散部801沿x轴方向背离第一沟道部502一侧的延伸栅121和沿堆叠的方向覆盖第一沟道部502的覆盖栅122。氧化层11包括：对应第一材料结构100的第一氧化部111和对应第二材料结构400的第二氧化部112。第二氧化部112的界面材料与第一氧化部111的界面材料不同。异质结绝缘栅场效应管300还可包括漏极14和源极（未画出）。
72.本公开实施方式提供的异质结绝缘栅场效应管300在工作时，栅极12、源极及漏极14可分别接电。第一沟道部502受栅极12的影响可实现反型层，继而漏极14可经由第二电流扩散部802、反型层、第一源接触部602而与源极构成导电通路。第一材料结构100的材料可保证了整体的电性能和耐压性能。由于第二氧化部112与第一沟道部502的界面处含碳量低甚至为零，因此该界面处分子键能保持较好，可避免缺陷能级。硅或者锗材料与二氧化硅界面沟道迁移率一般都能达到200cm2/vs~300cm2/vs，第一沟道部502的高迁移率有助于获得较低的沟道电阻，异质结绝缘栅场效应管300整体的导通性能较好。
73.同时，栅极12的延伸栅121在侧面影响到异质结。异质结的能带差受到栅极12的调控，例如栅极12处于正偏的状态下，异质结能带差降低。换言之，由于延伸栅121的调制，电子可在异质结界面处积累，积累层能够穿越异质结的势垒。继而在工作时，电子借助积累层能更容易地穿越异质结，减小压降。异质结绝缘栅场效应管300的异质结高度较低且导通电压较低。电流扩散区8有助于提升异质结绝缘栅场效应管300的性能，第一电流扩散部801和第二电流扩散部802形成的异质结处电子浓度较高，积累层更易实现。
74.示例性地，可配置延伸栅121在元胞截面内的形状。如图14所示，栅极12的延伸栅121在元胞截面即y轴方向的图示横截面中可具有矩形。延伸栅121沿z轴方向的尺寸可大于第二材料结构400的厚度。栅极沟槽10的深度大于第二材料结构400的厚度，通过控制例如氧化过程的工艺参数，可控制第一氧化部111沿z轴方向的尺寸，进而可保证延伸栅121贯穿原第二材料结构400。
75.图15示出了本公开实施方式提供的又一种异质结绝缘栅场效应管。该异质结绝缘栅场效应管300包括堆叠的第一材料结构100和第二材料结构400。栅极12的延伸栅121贯穿第二材料结构400并延伸入第一材料结构100。延伸栅121在元胞截面中具有梯形。示例性地，延伸栅121在异质结绝缘栅场效应管300的元胞截面中还可具有圆角多边形等其他形状。
76.图16示出了本公开实施方式提供的又一种异质结绝缘栅场效应管。该异质结绝缘栅场效应管300的源极（未示出）可形成于源极沟槽130中。如图16所示，源极沟槽130贯穿第
二材料结构400并延伸入第一材料结构100，实质也是源极延伸入第一材料结构100。源极沟槽130可部分地位于第一源接触区6，例如源极沟槽130的底壁可暴露出第三源接触部601。源极沟槽130沿x轴方向可与氧化层11间隔设置。第二源接触区7包涵第二源接触部701，第二源接触区7可完全位于第一材料结构100中。源极可通过第二源接触部701而与沟道区5电连接。第二源接触部701与沟道区5在z轴方向上可大致位于同一高度位置。第二源接触部701与电流扩散区8可形成体二极管。如此设置，可避免异质结对体二极管导通电压造成影响。示例性地，第二源接触部701可与第一源接触区6连接，例如与第三源接触部601连接。第二源接触区7位于第一源接触区6背离延伸栅121的一侧。
77.图17示出了本公开实施方式提供的又一种异质结绝缘栅场效应管。该异质结绝缘栅场效应管300可为平面型异质结绝缘栅场效应管。源极沟槽130贯穿第二材料结构400并延伸入第一材料结构100，且源极沟槽130延伸入第一源接触区6。第一源接触区6在元胞截面可大致具有l形。第一源接触区6可包涵第一源接触部602和第三源接触部601。第二源接触区7包括第二源接触部701，第二源接触区7可完全位于第一材料结构100中。第二源接触区7在其所在的位置沿z轴方向贯穿电流扩散区8。第二源接触区7与沟道区5电连接并可与第三源接触部601连接。
78.氧化层11的第一氧化部111可包括第一氧化段1111和第二氧化段1112。第一氧化段1111位于原栅极沟槽中，对应栅极12及电流扩散区8。第二氧化段1112位于源极沟槽130中，对应第一源接触区6。第一源接触部602被氧化层11围绕以隔离于源极。
79.该异质结绝缘栅场效应管300通过配置源极沟槽130低于第二材料结构400造成的异质结，可避免第二源接触区7处体二极管的导通电压受到异质结的影响。而且该异质结绝缘栅场效应管300通过配置第一源接触区6被刻蚀，有助于在x轴方向减小栅极12和源极之间的距离，继而可减小元胞尺寸。
80.参考图1，在示例性实施方式中，前述用于制造异质结绝缘栅场效应管的方法1000还可包括如下步骤：步骤s105，形成源极沟槽，源极沟槽与栅极沟槽间隔设置，且延伸入第一材料结构或第二材料结构；及步骤s106，形成源极。示例性地，可先形成栅极，继而源极沟槽可与栅极间隔设置。
81.在一些实施方式中，用于制造异质结绝缘栅场效应管的方法1000还可用于制造沟槽型异质结绝缘栅场效应管。
82.图18示出了本公开实施方式提供的又一种异质结绝缘栅场效应管。该异质结绝缘栅场效应管300可由用于制造异质结绝缘栅场效应管的方法1000制造得到。示例性地，前步工艺中栅极沟槽10延伸入第一材料结构100。在形成第一源接触区6并形成栅极沟槽10后，在栅极沟槽10的侧壁位置：第一源接触区6与沟道区5堆叠。沟道区5可暴露于栅极沟槽10的侧壁。如图18所示，第二材料结构400包括第一沟道部502，且沟道区5可完全位于第二材料结构400中。第一材料结构100包括第一电流扩散部801，且电流扩散区8可包涵部分异质结。源极沟槽130可未贯穿第一源接触区6，同时第二源接触区7沿z轴方向贯穿沟道区5并延伸入电流扩散区8。第二氧化部112处的含碳量较低，其与第一沟道部502的界面处可避免缺陷能级。该异质结绝缘栅场效应管300的沟道区5可实现较高的迁移率，且通过栅极12的调制避免了过分的压降、保持了较低的导通电阻，此外，电流扩散区8的设置有助于积累层的形成。
83.图19示出了本公开实施方式提供的又一种异质结绝缘栅场效应管。该异质结绝缘栅场效应管300为沟槽型异质结绝缘栅场效应管。第二材料结构400可包括堆叠的第一沟道部502和第一源接触部602。沟道区5可完全位于第二材料结构400内。第一材料结构100可包括第一电流扩散部801，而电流扩散区8可包涵部分异质结。前步制造工艺中栅极沟槽10延伸入第一材料结构100。如图19所示，源极沟槽130也延伸入第一材料结构100。第一材料结构100包括第二源接触部701，且第二源接触区7可低于沟道区5，并延伸穿过电流扩散区8。第二源接触区7可隔离源极沟槽130与电流扩散区8。源极（未示出）可与第二源接触部701实现例如欧姆接触。该异质结绝缘栅场效应管300的第一沟道部502具有较好的迁移率，并可避免异质结对第二源接触区7处的体二极管导通电压造成影响。
84.图20示出了本公开实施方式提供的又一种异质结绝缘栅场效应管。该异质结绝缘栅场效应管300为沟槽型异质结绝缘栅场效应管。第一材料结构100包括第一电流扩散部801；第二材料结构400可包括堆叠的第二电流扩散部802、第一沟道部502及第一源接触部602，可见沟道区5完全位于含碳量低的第二材料结构400内。源极沟槽130贯穿第二材料结构400并延伸入第一材料结构100。第一材料结构100包括第二源接触部701，第二源接触部701延伸穿过电流扩散区8。第二源接触区7隔开源极沟槽130和电流扩散区8，且隔开源极沟槽130与第三介质层9。源极（未示出）可与第二源接触部701电连接。
85.如图20所示，栅极12贯穿第二材料结构400并延伸入第一材料结构100，栅极12包括位于半导体结构内的延伸栅121。延伸栅121包括第一延伸段1211和第二延伸段1212。第一延伸段1211对应第一源接触区6和沟道区5，第二延伸段1212对应电流扩散区8，示例性地可对应第二电流扩散部802。第二延伸段1212在x轴方向的尺寸较小，继而第二源接触区7与第二延伸段1212之间的间距较大，第二电流扩散部802沿z轴方向的投影与第一延伸段1211的投影部分地重合。换言之，第二电流扩散部802沿x轴方向的尺寸较大。该异质结绝缘栅场效应管300具有较低的导通电阻，且可避免异质结对第二源接触区7处的体二极管导通电压造成影响。
86.示例性地，形成图20所示的异质结绝缘栅场效应管300的方法中还包括如下步骤：分两步刻蚀，以形成阶梯状的栅极沟槽。
87.图21示出了本公开实施方式提供的又一种异质结绝缘栅场效应管。该异质结绝缘栅场效应管300为沟槽型异质结绝缘栅场效应管。第一材料结构100包括第一电流扩散部801；第二材料结构400可包括堆叠的第二电流扩散部802、第一沟道部502及第一源接触部602，沟道区5完全位于含碳量低的第二材料结构400内。第二源接触区7包涵属于第一材料结构100的第二源接触部701和属于第二材料结构400的第四源接触部702。源极沟槽130贯穿第一源接触区6和沟道区5而延伸到第四源接触部702。栅极12的延伸栅121包括第一延伸段1211和第二延伸段1212，其中第二延伸段1212位于电流扩散区8内。
88.该异质结绝缘栅场效应管300还可包括屏蔽层15，该屏蔽层15沿堆叠的方向位于第二延伸段1212朝向第一材料结构100的一侧。屏蔽层15可位于电流扩散区8内。本公开实施方式提供的异质结绝缘栅场效应管300性能稳定、导通电阻小、压降小，且通过设置屏蔽层15可保护氧化层11的底部，避免高电场引发第一氧化部111损坏，继而具有较长的使用寿命。
89.示例性地，形成图21所示的异质结绝缘栅场效应管300的方法中还包括如下步骤：
可在形成栅极沟槽后，在栅极沟槽底壁进行离子注入，形成延伸入第一材料结构100的屏蔽层15。
90.图22示出了本公开实施方式提供的又一种异质结绝缘栅场效应管。该异质结绝缘栅场效应管300为沟槽型异质结绝缘栅场效应管。异质结绝缘栅场效应管300的沟道区5可完全位于第二材料结构400中，同时栅极12延伸入第一材料结构100。栅极12包括对应沟道区5的第一延伸段1211和对应电流扩散区8的第二延伸段1212。第二延伸段1212沿堆叠的方向朝向第一材料结构100的一侧设有屏蔽层15。源极沟槽130延伸入第一材料结构100，而第二源接触区7可包涵属于第一材料结构100的第二源接触部701。第二源接触区7低于沟道区5并可贯穿电流扩散区8。沿x轴方向，第二延伸段1212的尺寸小于第一延伸段1211的尺寸，第二源接触区7与第二延伸段1212的距离较远，继而电流扩散区8的尺寸较大。电流扩散区8沿z轴方向投影可与第一延伸段1211的投影部分重合。该异质结绝缘栅场效应管300性能好、导通电阻低，源极与第二源接触区7的设置避免了异质结对体二极管导通电压的影响，并且该异质结绝缘栅场效应管300还具有可靠性好、使用寿命长的效果。
91.图23示出了本公开实施方式提供的半导体器件。在一些实施方式中，本公开实施方式提供的半导体器件500包括电路200和异质结绝缘栅场效应管300。
92.异质结绝缘栅场效应管300可为前述的各种异质结绝缘栅场效应管或由前述的方法制造的。电路200可包括互连层、焊盘等结构，可与异质结绝缘栅场效应管300的源极、栅极、漏极等电连接。
93.以上公开的各实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
94.以上公开的实施例中，除非另有明确的规定和限定，否则不限制各步骤的执行顺序，例如可以并行执行，也可以不同次序地先后执行。各步骤的子步骤还可以交错地执行。可以使用上述各种形式的流程，还可重新排序、增加或删除步骤，只要能够实现本公开实施方式提供的技术方案所期望的结果，本文在此不进行限制。
95.以上公开的实施例仅表达了本发明创造的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明创造的专利保护范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明创造要求的专利保护范围。因此，本发明创造的专利保护范围应以所附权利要求为准。

技术特征：
1.异质结绝缘栅场效应管，包括：第一材料结构；其特征在于，第二材料结构，与所述第一材料结构堆叠构成半导体结构，所述第二材料结构的碳含量小于所述第一材料结构的碳含量；栅极，沿所述堆叠的方向贯穿所述第二材料结构；以及氧化层，位于所述栅极与所述半导体结构之间，包括：对应所述第一材料结构的第一氧化部和对应所述第二材料结构的第二氧化部。2.根据权利要求1所述的异质结绝缘栅场效应管，其特征在于，所述半导体结构具有电流扩散区、沟道区及第一源接触区，所述电流扩散区与所述第一源接触区具有第一掺杂类型，所述沟道区具有第二掺杂类型；所述第二材料结构包括：位于所述电流扩散区的第一电流扩散部、位于所述沟道区的第一沟道部及位于所述第一源接触区的第一源接触部；所述栅极包括：位于所述第一电流扩散部背离所述第一沟道部一侧的延伸栅和沿所述堆叠的方向覆盖所述第一沟道部的覆盖栅。3.根据权利要求2所述的异质结绝缘栅场效应管，其特征在于，还具有第二源接触区，所述第二源接触区具有所述第二掺杂类型，所述第二源接触区位于所述第一源接触区背离所述延伸栅的一侧，且所述第二源接触区完全处于所述第二材料结构。4.根据权利要求3所述的异质结绝缘栅场效应管，其特征在于，所述第一氧化部包括对应所述电流扩散区的第一氧化段和对应所述第一源接触区的第二氧化段，所述第二源接触区沿所述堆叠的方向贯穿所述电流扩散区。5.根据权利要求1所述的异质结绝缘栅场效应管，其特征在于，所述半导体结构具有沿所述堆叠的方向依次堆叠的电流扩散区、沟道区及第一源接触区，所述电流扩散区与所述第一源接触区具有第一掺杂类型，所述沟道区具有第二掺杂类型；所述第二材料结构包括位于所述第一源接触区的第一源接触部和位于所述沟道区的第一沟道部，所述第一材料结构包括位于所述电流扩散区的第一电流扩散部。6.根据权利要求5所述的异质结绝缘栅场效应管，其特征在于，还具有第二源接触区，所述第二源接触区具有所述第二掺杂类型，所述第二材料结构包括位于所述第二源接触区的第二源接触部，所述第二源接触部位于所述第一沟道部背离所述栅极的一侧。7.根据权利要求5所述的异质结绝缘栅场效应管，其特征在于，还具有第二源接触区，所述第二源接触区具有所述第二掺杂类型，所述第一材料结构包括位于所述第二源接触区的第三源接触部，所述第三源接触部沿所述堆叠的方向比所述第一沟道部远离所述第一源接触区。8.根据权利要求5至权利要求7中任一项所述的异质结绝缘栅场效应管，其特征在于，所述第二材料结构包括位于所述电流扩散区的第二电流扩散部，所述栅极包括贯穿所述沟道区的第一延伸段和贯穿所述第二电流扩散部的第二延伸段，所述第二电流扩散部与所述第一延伸段部分地投影重合。9.用于制造异质结绝缘栅场效应管的方法，包括：形成半导体结构，其特征在于，所述半导体结构包括堆叠的第一材料结构和第二材料结构，所述第二材料结构的碳含量小于所述第一材料结构的碳含量；
形成栅极沟槽，所述栅极沟槽沿所述堆叠的方向贯穿所述第二材料结构，且所述第一材料结构的一部分暴露于所述栅极沟槽；通过氧化工艺形成氧化层，其中，所述氧化层包括对应所述第一材料结构的第一氧化部和对应所述第二材料结构的第二氧化部；以及形成栅极，所述栅极与所述半导体结构被所述氧化层隔开。10.根据权利要求9所述的用于制造异质结绝缘栅场效应管的方法，其特征在于，所述形成半导体结构的步骤包括：形成堆叠的第一介质层和第二介质层，其中，所述第一介质层的材料包括碳化硅，所述第二介质层的材料包括硅或锗，所述第二介质层的碳含量小于所述第一介质层的碳含量。11.根据权利要求10所述的用于制造异质结绝缘栅场效应管的方法，其特征在于，所述形成半导体结构的步骤还包括：形成沟道区，具有第二掺杂类型，所述沟道区至少包涵所述第二介质层的一部分，所述沟道区暴露于所述第二介质层表面；形成第一源接触区，具有第一掺杂类型，所述第一源接触区至少包涵所述第二介质层的一部分；及形成电流扩散区，其中，所述电流扩散区具有所述第一掺杂类型，所述电流扩散区至少包涵所述第二介质层的一部分。12.根据权利要求11所述的用于制造异质结绝缘栅场效应管的方法，其特征在于，还包括：形成源极沟槽，所述源极沟槽与所述栅极沟槽间隔设置，且延伸入所述第一材料结构或所述第二材料结构；及形成源极。13.半导体器件，包括：电路；及其特征在于，如权利要求1至权利要求8中任一项所述的异质结绝缘栅场效应管，所述异质结绝缘栅场效应管与所述电路电连接。

技术总结
本公开涉及异质结绝缘栅场效应管及其制造方法、半导体器件。该异质结绝缘栅场效应管包括：第一材料结构；第二材料结构，与第一材料结构堆叠构成半导体结构，第二材料结构的碳含量小于第一材料结构的碳含量；栅极，沿堆叠的方向贯穿第二材料结构；以及氧化层，位于栅极与半导体结构之间，包括：对应第一材料结构的第一氧化部和对应第二材料结构的第二氧化部。该异质结绝缘栅场效应管可以实现较高的沟道迁移率，并且保证了异质结材料间的能带差没有明显影响器件整体的导通电压。明显影响器件整体的导通电压。明显影响器件整体的导通电压。


技术研发人员：盛况 任娜 徐弘毅
受保护的技术使用者：浙江大学
技术研发日：2023.06.28
技术公布日：2023/8/1