[發明專利]一種4H-SiC P型絕緣柵雙極型晶體管的制備方法

有效

• 申請號: 201610785087.7
• 申請日: 2016-08-31
• 公開（公告）號: CN107785258B
• 公開（公告）日: 2020-08-28
• 發明（設計）人: 陳喜明;李誠瞻;楊程;吳煜東;丁榮軍
• 申請（專利權）人: 株洲中車時代電氣股份有限公司
• 主分類號: H01L21/331
• 分類號: H01L21/331;H01L29/417
• 代理公司: 北京聿宏知識產權代理有限公司 11372
• 代理人: 吳大建

本發明涉及一種4H?SiC P型絕緣柵雙極型晶體管的制備方法。該方法通過在發射極P⁺歐姆接觸區域淺注入一層高濃度的鋁離子，有利于控制歐姆接觸退火后歐姆合金層中鋁的組分，從而降低了P型4H?SiC歐姆接觸的比接觸電阻率，由此解決了4H?SiC P型絕緣柵雙極型晶體管發射極P⁺源區和N⁺源區同時形成良好的歐姆接觸P⁺源區比接觸電阻率高的問題。本發明提供的4H?SiC P型絕緣柵雙極型晶體管的制備方法具有廣闊的應用前景。

技術領域

本發明屬于半導體技術領域，具體涉及一種4H-SiC P型絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)的制備方法。

背景技術

相對于以硅為代表的第一代半導體和以砷化鎵為代表的第二代半導體，作為第三代半導體代表的碳化硅(SiC)材料具有更大的禁帶寬度、臨界擊穿電場以及更高的熱導率，從而適合制造高壓大功率半導體器件。作為國際上功率電子和新型材料領域的研究熱點，SiC一直以來受到學術界的高度重視，并已在Cree、Rohm、Infineon等公司的攻關推動下，進入商業化階段。

在大于10kV的高壓應用領域中，碳化硅絕緣柵雙極型晶體管(SiC IGBT)一直被認為具有較大的發展潛力和應用前景。目前，由于生產低電阻率P⁺襯底N^-外延SiC晶圓片的技術問題，N溝道SiC IGBT的發展遇到了極大的阻礙。相對于N溝道SiC IGBT，P溝道的SiCIGBT的發展相對成熟，但是也遇到了P型SiC歐姆接觸特性差、閾值電壓高、反型溝道遷移率低等技術問題。

由于4H-SiC的電子親和勢為3.8eV，禁帶寬度為3.26eV，因此，N型4H-SiC理想的歐姆接觸金屬的功函數值要求低于4eV，P型4H-SiC理想的歐姆接觸金屬的功能函數值要求高于7eV，這導致非常難以在4H-SiC P-IGBT發射極P⁺/N⁺源區同時形成歐姆接觸。研究表明，當退火溫度為700-800℃時，Ni與高摻雜N型4H-SiC能形成良好的歐姆接觸。在退火溫度為900-1000℃，鋁合金與P型4H-SiC能形成良好的歐姆接觸。但是，如果直接采用鋁與P型4H-SiC進行歐姆合金化，比接觸電阻率的均勻性非常差。這是由于鋁金屬的熔點只有630℃，經過歐姆接觸的高溫退火后，鋁金屬容易從4H-SiC表面脫離。

目前，4H-SiC P型IGBT發射極的歐姆接觸方法主要有兩種。一種是在P⁺/N⁺源區分別形成歐姆接觸，P⁺源區的歐姆接觸金屬為Al/Ni或Al/Ti，N⁺源區的歐姆接觸金屬為Ni。這種方法雖然形成了良好的歐姆接觸，但是需要完成兩次歐姆合金化工藝，一方面增加了工藝步驟，另一方面也降低了工藝的穩定性。此外，P⁺源區與Al/Ti形成歐姆接觸的退火溫度要求高達1000℃，這樣的高溫一方面會使Al容易被氧化，另一方面也會導致柵極MOS電容的界面特性惡化。第二種是P⁺/N⁺源區同時形成歐姆接觸，選擇的歐姆金屬為Al/Ni。這種工藝方法雖然簡化了工藝流程，但是由于Ni不是P型4H-SiC的良好歐姆接觸金屬，因此P⁺源區與Ni歐姆合金化后的比接觸電阻率高達10^-3Ω·cm²數量級，而且還有一定的肖特基接觸現象(如圖12(a)所示)。眾所周知，提高歐姆接觸表面的摻雜濃度有助于降低比接觸電阻率。但是，由于高濃度Al摻雜的P型4H-SiC在室溫下的離化率低，高劑量Al離子注入會嚴重破壞4H-SiC的晶格，注入后的高溫退火會形成梯束。因此，4H-SiC P型IGBT發射極P⁺源區的Al離子摻雜濃度不能超過10¹⁹cm^-3數量級。

因此，目前存在的問題是急需研究開發一種新型4H-SiC P型絕緣柵雙極型晶體管的制備方法。

發明內容