[發明專利]一種通過激光刻蝕碳化硅制備碳化硅超結結構的方法

有效

• 申請號: 201510876293.4
• 申請日: 2015-12-03
• 公開（公告）號: CN105529246B
• 公開（公告）日: 2018-10-09
• 發明（設計）人: 劉敏;何志;劉勝北;劉興昉;楊香;樊中朝;王曉峰;潘嶺峰;王曉東;趙永梅;楊富華;孫國勝;曾一平
• 申請（專利權）人: 中國科學院半導體研究所
• 主分類號: H01L21/04
• 分類號: H01L21/04
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 宋焰琴

本發明提供了一種制備碳化硅超結結構的方法，首先采用激光刻蝕對碳化硅外延片進行圖形化刻蝕，以在所述碳化硅外延片表面形成溝槽，然后在溝槽中外延生長碳化硅，以形成碳化硅超結結構。本發明通過激光刻蝕來制備碳化硅超結結構，在SiC上刻蝕形成溝槽的效率明顯增加，深寬比明顯提升，同時具有均勻性好、溝槽側壁光滑、工藝簡單、可操作性強等優點。

技術領域

本發明屬于半導體領域，尤其涉及一種通過激光刻蝕碳化硅制備碳化硅超結結構的方法。

背景技術

碳化硅(SiC)材料作為第三代半導體材料具有高臨界擊穿電場、高的熱導率、高的飽和電子漂移速度、優越的機性能和物理、化學穩定性等特點，在高溫、高壓、高頻、大功率、抗輻射等領域。由于SiC的臨界臨界擊穿電場強度約為硅的十倍，而飽和電子漂移速度與硅相當，因此SiC功率器件的耐壓可以比硅做的更高，同等擊穿電壓下的比通態電阻也約為硅的百分之一。

由于硅材料特性的限制，一般硅基功率MOSFET的工作電壓范圍在1200V以內，而硅基IGBT器件最大的反向擊穿電壓僅為6500V。而報道的SiC基MOSFET最高擊穿電壓已經達到了10kV，SiC IGBT報道過的最高耐壓也達到了20kV。并且它們做成的功率模塊也有著比硅基器件更高的工作頻率、更低的功耗。

但是，功率器件的外延層厚度隨著設計耐壓的升高而升高，對于SiC器件當反向擊穿電壓達到10kV時，其外延層厚度要達到100μm以上。而傳統的CVD方法生長速率只有4-6μm/小時。顯然，這種生長條件增加了SiC功率器件的制造成本，不能滿足當前市場的要求，也減緩了SiC功率器件的研究進程。

雖然，SiC快速同質外延生長技術也獲得了較高的生長速度，如：采用垂直熱壁CVD系統，溫度在1700℃-1800℃時，生長速率達到了50-80um/h；通過在傳統氣體源中添加HCl或者使用Cl元素的反應源(S_iHCl₃和CH₃SiCl₃等)來抑制硅的氣相成核，在1600℃下也獲得了100μm的生長速度。但是快速外延生長的外延片缺陷密度水平依然很高，影響了所制備器件的可靠性。

超結結構是硅基功率器件發展過程中提出的一項解決比通態電阻與反向耐壓關系的方案，通過對外延層刻蝕并再生長后，制備出的P型區與N型區間隔的結構(如圖1所示)，使得器件在反向工作時，電場在漂移區中均勻分布，這樣就使得固定的耐壓下，外延層所需厚度降低一倍。也就是說在不影響反向耐壓的情況下，降低了一半的外延層厚度。

為了解決SiC高壓器件如：PiN、MOSFET等隨著擊穿電壓的升高所需外延層厚度升高的問題，硅基器件中的超結結構被考慮。但是，超結結構需要精準的調節P型區域N型區的寬度和濃度，以達到匹配的目的，因此需刻蝕出高深寬比、高均勻性以及無缺陷大的溝槽形貌。而傳統的等離子刻蝕方法刻蝕SiC的效率低，工藝復雜、溝槽均勻性差、溝槽形貌調節難度高等問題。

發明內容

(一)要解決的技術問題

本發明的目的在于，提供一種通過激光刻蝕碳化硅制備碳化硅超結結構的方法，其具有效率高、工藝簡單、溝槽均勻性好的優點。

(二)技術方案

本發明提供一種制備碳化硅超結結構的方法，包括：

S1，采用激光刻蝕對碳化硅外延片進行圖形化刻蝕，以在碳化硅外延片表面形成溝槽；

S2，在溝槽中外延生長碳化硅，以形成碳化硅超結結構，其中外延生長的碳化硅的摻雜類型與所述碳化硅外延片的摻雜類型不同。

(三)有益效果

本發明通過激光刻蝕來制備碳化硅超結結構，在SiC上刻蝕形成溝槽的效率明顯增加，深寬比明顯提升，同時具有均勻性好、溝槽側壁光滑、工藝簡單、可操作性強等優點。