[發明專利]具有側壁可變角度的溝槽場限環終端結構及制備方法在審

申請號：	201611224131.3	申請日：	2016-12-27
公開（公告）號：	CN106783956A	公開（公告）日：	2017-05-31
發明（設計）人：	宋慶文;袁昊;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：	H01L29/06	分類號：	H01L29/06;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
地址：	710071 陜***	國省代碼：	陜西;61
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摘要：
搜索關鍵詞：	具有側壁可變角度溝槽場限環終端結構制備方法
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【說明書】：

技術領域

本發明屬于微電子技術領域，涉及半導體器件，特別是一種用于碳化硅功率器件的具有側壁可變角度的溝槽場限環終端結構及其制備方法。

背景技術

近年來，隨著微電子技術的不斷，Si基電力電子器件在一些如高溫、高壓、高濕度等極端環境中的應用越來越受到限制。而碳化硅(SiC)材料做為第三代半導體材料的代表，其禁帶寬度約是硅材料的3倍，擊穿電場是硅材料的8倍，熱導率是硅的3倍，極大地提高了SiC器件的耐壓容量和電流密度。由于二者材料的特性不同導致SiC材料的擊穿電場為Si材料的大約10倍，導致其在相同的擊穿電壓下，導通電阻只有Si器件的1/100～1/200，極大地降低了SiC器件的導通損耗和開關損耗，在提高系統效率的同時也使器件在高溫、高功率、高濕度等惡劣環境中工作更為可靠。因此，SiC器件可以使電力電子系統的功率、溫度、頻率和抗輻射能力倍增。同時由于碳化硅較高的熱導率，可以大大減少系統中散熱系統的體積及重量，是系統獲得更高的效率。所以，SiC器件不僅在直流、交流輸電，不間斷電源，開關電源，工業控制等傳統工業領域具有廣泛應用，而且在太陽能、風能等新能源中也將具有廣闊的應用前景。

近年來由于SiC單晶生長以及工藝的成熟，SiC功率器件已經得到了廣泛的研究。但是，器件在承受反向高壓時在拐角處會不可避免的出現電場集中現象，所以終端結構得到了廣泛的應用。其中場限環終端以其工藝簡單，可以與主結一起形成等優勢被廣泛采用。但是，由于SiC材料的關系，場限環結構只能又由子注入工藝形成，且不能像硅材料一樣依靠推結工藝達到很高的結深。所以，過小的結深會影響到結的曲率，且其形貌主要由注入設備條件及掩膜決定，而不能自由控制。這樣會使場限環拐角處的電場峰值升高，降低器件的可靠性。

發明內容

為了解決現有技術中存在的上述問題，本發明提供了一種用于碳化硅功率器件的具有側壁可變角度的溝槽場限環終端結構及其制造方法，以主要解決碳化硅傳統平面場限環終端結邊緣電場過高而影響器件可靠性的問題。

一種具有側壁可變角度的溝槽場限環終端結構，包括：碳化硅襯底層；形成于所述碳化硅襯底層上第一半導體層，所述第一半導體層具有第一導電類型；設置于所述第一半導體層表面的多個溝槽結構，多個溝槽結構間隔設置，每個所述溝槽結構的溝槽側壁與溝槽底部之間的夾角為90°～145°；覆蓋于所述溝槽結構上方的鈍化層；多個場限環結構，所述場限環結構具有第二導電類型，每個所述溝槽結構的溝槽側壁下方與溝槽底部下方均設有一個場限環結構，所述場限環結構設于所述第一半導體層內，且每個溝槽結構下方的所述場限環結構鄰靠溝槽側壁和溝槽底部設置，并包圍上方對應的溝槽結構；有源區，所述有源區具有第二導電類型，所述有源區設置于所述第一半導體層內，且與所述鈍化層部分接觸。

優選地，所述第一半導體層的材料為碳化硅輕摻雜N型半導體材料。

優選地，所述溝槽結構的深度大于0μm小于等于2μm，寬度為1μm～10μm，且多個溝槽結構之間間距為1μm～10μm。

更優選地，所述溝槽結構的深度大于等于0.5μm、小于等于1μm，寬度為100μm～200μm。

優選地，所述場限環結構的深度大于0μm小于等于1μm。

優選地，所述有源區的深度為大于0μm，小于等于1μm。

優選地，所述碳化硅襯底層的厚度為400μm。

本發明還提供了該具有側壁可變角度的溝槽場限環終端結構的制備方法，包括如下步驟：

S1：在碳化硅襯底層上通過外延生長形成具有第一導電類型的第一半導體層；

S2：在第一半導體層表面形成掩模層并光刻開孔，通過等離子體刻蝕控制溝槽側壁與底部角度，形成多個溝槽結構；

S3：清洗掩模層，在第一半導體層表面形成新的掩模層，通過在溝槽處進行離子注入形成具有第二導電類型的場限環結構，在溝槽一側進行離子注入形成有源區；

S4：在溝槽表面進行碳膜保護，通過高溫退火對注入離子進行激活；

S5：去除碳膜，在溝槽上方形成絕緣鈍化層。