[發(fā)明專利]碳化硅二次外延結構

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200810054651.3
• 申請日: 2008-03-20
• 公開（公告）號: CN101246899A
• 公開（公告）日: 2008-08-20
• 發(fā)明（設計）人: 楊霏;潘宏菽;陳昊;馮震;呂云安;齊國虎;張志國;馮志紅;蔡樹軍;楊克武
• 申請（專利權）人: 中國電子科技集團公司第十三研究所
• 主分類號: H01L29/24
• 分類號: H01L29/24;H01L21/336
• 代理公司: 石家莊國為知識產(chǎn)權事務所
• 代理人: 米文智

技術領域

本發(fā)明涉及一種碳化硅二次外延結構，尤其是一種可縮短工藝流程、提高 碳化硅器件性能的碳化硅二次外延結構。

背景技術

碳化硅材料作為第三代半導體代表材料之一，與以硅為代表的第一代半導 體元素材料以及以砷化鎵為代表的第二代化合物半導體材料相比，碳化硅具有 寬帶隙、高臨界擊穿電場、高載流子飽和漂移速度、高熱導率等特點。具體而 言，以4H-SiC為例，在300K(27℃)下，碳化硅的禁帶寬度為3.2eV，遠遠寬 于硅的1.12eV以及砷化鎵的1.43eV。這樣，碳化硅微電子器件的工作溫度 可以達到400℃甚至于600℃以上，而硅器件與砷化鎵器件的工作溫度分別不過 170℃和150℃；同時由于禁帶寬度大，碳化硅在抗輻射要求極高的抗核加固工 程以及核反應堆等環(huán)境得到廣泛的應用。碳化硅的臨界雪崩擊穿場強為 2200kV/cm，而硅和砷化鎵分別為300和400kV/cm，碳化硅的熱導率高達 4.9J·K·cm，甚至優(yōu)于金屬銅，而硅的熱導率為1.5J·K·cm，砷化鎵的僅為 0.46J·K·cm，這使得碳化硅器件的功率密度遠遠超過其他材料。碳化硅飽 和載流子漂移速度為硅的兩倍，對于短溝道器件來說，這意味著更高的工作頻 率。因此，在高溫、高頻、大功率以及抗輻射等方面，碳化硅基器件具有巨大 的應用潛力。目前，電子元器件以及電子電路，尤其是軍用微波通訊電子器件， 在高頻、高溫、高壓、大功率條件下正常服役的要求，使得碳化硅基器件取代 硅和砷化鎵器件的趨勢越來越明顯。

但是碳化硅器件制備過程中容易出現(xiàn)以下問題：

1、碳化硅中離子注入深度淺，注入離子的激活率非常低，注入效率低，這 使得這一半導體制備中常見的重要工藝難以應用。

2、器件加工工藝沒有實用的濕法腐蝕工藝，只能夠采用干法刻蝕工藝。

這樣，在非平面結構器件中的肖特基接觸以及pn結的制備、器件與外部連 接的歐姆接觸的制備都非常困難，同時導致以下問題：

1、干法刻蝕會造成損傷，導致對于器件性能至關重要的載流子遷移率下降， 晶體結晶質量下降，材料特性退化，最終影響器件性能。

2、增加了工藝流程長度，導致最終成品率下降。

3、增加了設備成本以及工藝成本。

在制造SiC?MESFET(碳化硅金屬場效應管)過程中，為了得到比較低的接 觸電阻，通常在有源區(qū)上部生長蓋帽層，即一層高摻雜的n型碳化硅薄膜，這 常常會導致源漏之間擊穿電壓的降低，同時后續(xù)工序中還要采用其他介質材料 鈍化。如果采用非故意摻雜的本征碳化硅層代替高摻雜的蓋帽層，本征碳化硅 層同時起著鈍化層的作用，將會保持比較穩(wěn)定的高源漏擊穿電壓，可以減少后 續(xù)工藝的復雜程度。由于降低了熱應力的影響，同時碳化硅材料具有非常高的 熱導率以及良好的抗氧化性能，整體采用碳化硅結構的器件的熱穩(wěn)定性將會極 大地得到提高，但是，如果采用非故意摻雜的本征碳化硅層，常規(guī)結構的MESFET (金屬場效應管)器件的源漏難以引出。

發(fā)明內容

本發(fā)明需要解決的技術問題是提供一種減少碳化硅器件制備流程、提高碳 化硅器件性能的碳化硅材料結構。

為解決上述問題，本發(fā)明所采取的技術方案是：用于碳化硅器件制備的碳 化硅二次外延材料結構，包括：一碳化硅單晶體襯底，一位于襯底表面的一次 同質外延層，一位于一次同質外延層表面的二次外延層，其中一次同質外延層 包括p型碳化硅緩沖層、n型碳化硅有源層以及非故意摻雜的本征碳化硅層，二 次外延層是在一次外延層處理完成后生成的，是在一次外延層的基礎上再次進 行的二次外延。

所述襯底所用碳化硅單晶體材料可以是4H-SiC單晶體、6H-SiC單晶體或者 3C-SiC單晶體的其中一種。

所述二次外延層可以是同質外延層或者異質外延層的其中一種，其薄膜可 以是碳化硅薄膜、氮化鋁薄膜、氧化鋅薄膜或者氮化鎵薄膜的其中一種。

上述一次同質外延層可以是沒有經(jīng)過任何處理的原始的一次外延薄膜，也 可以是經(jīng)過處理在表面存在圖形的一次外延薄膜。

本發(fā)明的改進在于：所述原始襯底與一次外延層之間還可以有其他外延層 或者緩沖層，一次同質外延層可以是單純的只經(jīng)過一次外延生長的碳化硅外延 層，也可以是已經(jīng)經(jīng)過二次外延生長的碳化硅外延層。