[發明專利]一種縱向溝道的SiC結型柵雙極型晶體管及其制備方法

有效

• 申請號: 201611210305.0
• 申請日: 2016-12-24
• 公開（公告）號: CN106711207B
• 公開（公告）日: 2020-02-21
• 發明（設計）人: 宋慶文;劉思成;湯曉燕;元磊;張藝蒙;張玉明
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: H01L29/739
• 分類號: H01L29/739;H01L21/04
• 代理公司: 西安銘澤知識產權代理事務所(普通合伙) 61223
• 代理人: 潘宏偉

1.一種縱向溝道的SiC結型柵雙極型晶體管，其特征在于，包括N+碳化硅襯底（2），形成于所述N+碳化硅襯底（2）下表面的發射極接觸金屬層（1），形成于所述N+碳化硅襯底（2）上的P+緩沖層（3），形成于所述P+緩沖層（3）上P-漂移區（4），形成于所述P-漂移區（4）上的P+集電區（8），形成于所述P+集電區（8）上的集電極接觸金屬層（9）；

還包括形成于所述P-漂移區（4）上的至少兩個豎直溝槽，所述溝槽底部和所述溝槽側壁設置有N型柵區（7），N型柵區（7）在溝槽底部和溝槽側壁形成連續的結構；所述溝槽底部的N型柵區（7）內注入有柵極N+注入區（5），所述柵極N+注入區（5）上形成有柵極接觸金屬層（6）；

所述N型柵區（7）與所述P+集電區（8）相接觸；

相鄰兩個N型柵區（7）之間為導電溝道區，所述導電溝道區寬度為1~4μm，所述N型柵區（7）的深度為0.5μm。

2.根據權利要求1所述的縱向溝道的SiC結型柵雙極型晶體管，其特征在于，所述溝槽深度為1.8~2.2μm。

3.根據權利要求1所述的縱向溝道的SiC結型柵雙極型晶體管，其特征在于，所述柵極N+注入區（5）的深度為0.15μm。

4.根據權利要求1所述的縱向溝道的SiC結型柵雙極型晶體管，其特征在于，所述柵極接觸金屬層（6）為厚度為100nm/100nm/300nm的Ni/Ti/Al合金或厚度為100nm/300nm/100nm的Ti/Al/Ti合金。

5.根據權利要求1所述的縱向溝道的SiC結型柵雙極型晶體管，其特征在于，所述P+集電區（8）的厚度為0.2~0.4μm。

6.根據權利要求1所述的縱向溝道的SiC結型柵雙極型晶體管，其特征在于，

所述發射極接觸金屬層（1）為Ni金屬，厚度為500nm；

所述N+碳化硅襯底（2）厚度是1~2μm；

所述P+緩沖層（3）厚度是1~3μm；

所述P-漂移區（4）厚度是15~18μm；

所述集電極接觸金屬層（9）為Ni金屬，厚度為500nm。

7.一種縱向溝道的SiC結型柵雙極型晶體管的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：

S1：在N+碳化硅襯底（2）上外延生長P+緩沖層（3）；

S2：在P+緩沖層（3）上外延生長P-漂移區（4）；

S3：在P-漂移區（4）上外延生長P+集電區（8）；

S4：對P+集電區（8）的兩側進行刻蝕，形成豎直溝槽；

S5：在兩側溝槽的底部和側壁進行離子注入，形成N型柵區（7）；N型柵區（7）在溝槽底部和溝槽側壁形成連續的結構；

S6：在兩側溝槽底部的N型柵區（7）內進行離子注入，形成柵極N+注入區（5）；

S7：在柵極N+注入區（5）上沉積柵極接觸金屬層（6）；

S8：在N+碳化硅襯底（2）背面沉積發射極接觸金屬層（1）；

S9：在P+集電區（8）上沉積集電極接觸金屬層（9）。

8.根據權利要求7所述的縱向溝道的SiC結型柵雙極型晶體管的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：

S1：在N+碳化硅襯底（2）上制備厚度為1~3μm、鋁離子摻雜濃度為5×10¹⁷~1×10¹⁸cm^-3的P+緩沖層（3），所采用的制備方法為化學氣相沉積法，外延生長溫度為1600℃，壓力100mbar，反應氣體是硅烷和丙烷，載運氣體為純氫氣，雜質源為三甲基鋁；

S2：在P+緩沖層（3）上制備厚度為15~18μm、鋁離子摻雜濃度為1×10¹⁵~6×10¹⁵cm^-3的P-漂移區（4），所采用的制備方法為化學氣相沉積法，外延生長溫度為1600℃，壓力100mbar，反應氣體是硅烷和丙烷，載運氣體為純氫氣，雜質源為三甲基鋁；

S3：在P-漂移區（4）上制備厚度為0.2~0.4μm、鋁離子摻雜濃度為1×10¹⁹-6×10¹⁹cm^-3的P+集電區（8），所采用的制備方法為化學氣相沉積法，外延生長溫度為1600℃，壓力100mbar，反應氣體是硅烷和丙烷，載運氣體為純氫氣，雜質源為三甲基鋁；

S4：采用ICP刻蝕工藝，對P+集電區（8）的兩側進行刻蝕，形成溝槽，刻蝕深度為1.8~2.2μm；

S5：在兩側溝槽處進行離子注入，分別在兩側溝槽的底部和側壁形成N型柵區（7），注入雜質為氮離子，注入深度為0.5μm，摻雜濃度為1×10¹⁸ cm^-3，注入溫度600℃；

S6：在兩側溝槽的溝槽底部進行離子注入，形成柵極歐姆接觸的柵極N+注入區（5），注入雜質為氮離子，注入深度為0.15μm，摻雜濃度為1×10²⁰ cm^-3，注入溫度600℃；

S7：在柵極N+注入區（5）上沉積100nm/100nm/300nm的Ni/Ti/Al合金或厚度為100nm/300nm/100nm的Ti/Al/Ti合金，作為柵極接觸金屬層（6），在1000℃下，氮氣氣氛中退火3分鐘形成柵極接觸金屬層（6）；

S8：在N+碳化硅襯底（2）背面沉積500nm的Ni金屬，作為發射極接觸金屬層（1）；

S9：在P+集電區（8）上沉積500nm的Ni金屬，作為集電極的接觸金屬層，在1050℃溫度下，氮氣氣氛中退火3分鐘形成集電極接觸金屬層（9）。