[發(fā)明專利]具有可變角度溝槽結(jié)終端擴(kuò)展終端結(jié)構(gòu)及其制備方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201611224502.8
• 申請(qǐng)日: 2016-12-27
• 公開（公告）號(hào): CN106653827A
• 公開（公告）日: 2017-05-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 宋慶文;孫騰飛;元磊;湯曉燕;張藝蒙;張玉明
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西安電子科技大學(xué)
• 主分類號(hào): H01L29/06
• 分類號(hào): H01L29/06;H01L29/12
• 代理公司: 西安銘澤知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙)61223
• 代理人: 潘宏偉

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及本發(fā)明屬于微電子技術(shù)領(lǐng)域，涉及半導(dǎo)體器件，特別是一種適用于碳化硅功率器件的具有可變角度溝槽結(jié)終端擴(kuò)展終端結(jié)構(gòu)及其制備方法。

背景技術(shù)

碳化硅(SiC)具有寬禁帶(Si的3倍)、高熱導(dǎo)率(Si的3.3倍)、高的臨界擊穿電場(chǎng)(Si的10倍)、高飽和電子遷移率(Si的2.5倍)以及高鍵合能等優(yōu)點(diǎn)，這就使得碳化硅材料可以很好地適用于高性能(高頻、高溫、高功率、抗輻射)電子器件。高的熱導(dǎo)率有利于大功率器件的熱耗散和高密度集成；高的載流子飽和遷移速率可以使之應(yīng)用于高速開關(guān)器件；高的臨界位移能使碳化硅器件的抗輻射性能優(yōu)于Si器件。

近年來(lái)由于SiC單晶生長(zhǎng)以及工藝的成熟，SiC功率器件已經(jīng)得到了廣泛的研究。但是，器件在承受反向高壓時(shí)在拐角處會(huì)不可避免的出現(xiàn)電場(chǎng)集中現(xiàn)象，所以終端結(jié)構(gòu)得到了廣泛的應(yīng)用。其中結(jié)終端擴(kuò)展結(jié)構(gòu)以其較高的終端效率與較小的終端面積而手受到了廣泛的關(guān)注。其工作原理是通過(guò)結(jié)終端內(nèi)部的完全耗盡來(lái)平衡終端內(nèi)外兩個(gè)邊緣處的峰值電場(chǎng)值，且其兩個(gè)峰值電場(chǎng)一起達(dá)到SiC臨界擊穿電場(chǎng)為最佳。但是由于SiC材料特性的關(guān)系，結(jié)終端擴(kuò)展的形成只能依靠注入工藝來(lái)完成，且不能經(jīng)過(guò)推結(jié)工藝而達(dá)到較大的結(jié)深，過(guò)小的結(jié)深會(huì)降低結(jié)的曲率，且其形貌主要由注入設(shè)備條件及掩膜決定，而不能自由控制，導(dǎo)致其峰值電場(chǎng)上升速度加快，降低其器件的可靠性。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種適用于碳化硅功率器件的具有側(cè)壁可變角度的結(jié)終端擴(kuò)展終端結(jié)構(gòu)及其制造方法，以主要解決結(jié)終端擴(kuò)展終端內(nèi)外兩個(gè)邊緣電場(chǎng)過(guò)高而影響器件可靠性的問(wèn)題。

具體的，本發(fā)明提供的適用于碳化硅功率器件的具有可變角度溝槽結(jié)終端擴(kuò)展終端結(jié)構(gòu)，包括碳化硅襯底層；形成于所述碳化硅襯底層上第一半導(dǎo)體層，所述第一半導(dǎo)體層具有第一導(dǎo)電類型；設(shè)置于所述第一半導(dǎo)體層表面的溝槽結(jié)構(gòu)，所述溝槽結(jié)構(gòu)的溝槽側(cè)壁與溝槽底部之間的夾角為90⁰～145⁰；覆蓋于所述溝槽結(jié)構(gòu)上方的鈍化層；結(jié)終端擴(kuò)展結(jié)構(gòu)，所述結(jié)終端擴(kuò)展結(jié)構(gòu)具有第二導(dǎo)電類型，所述結(jié)終端擴(kuò)展結(jié)構(gòu)設(shè)于所述第一半導(dǎo)體層內(nèi)，且位于所述溝槽結(jié)構(gòu)的溝槽側(cè)壁下方與溝槽底部下方，且所述結(jié)終端擴(kuò)展結(jié)構(gòu)鄰靠溝槽側(cè)壁和溝槽底部、并包圍所述溝槽結(jié)構(gòu)；有源區(qū)，所述有源區(qū)具有第二導(dǎo)電類型，所述有源區(qū)設(shè)置于所述第一半導(dǎo)體層內(nèi)，且與所述結(jié)終端擴(kuò)展結(jié)構(gòu)鄰接。

優(yōu)選地，所述第一半導(dǎo)體層的材料為碳化硅輕摻雜N型半導(dǎo)體材料。

優(yōu)選地，所述溝槽結(jié)構(gòu)的深度大于0μm小于等于2μm，寬度為10μm～500μm。

更優(yōu)選地，所述溝槽結(jié)構(gòu)的深度大于等于0.5μm、小于等于1μm，寬度為100μm～200μm。

優(yōu)選地，所述結(jié)終端擴(kuò)展結(jié)構(gòu)的深度大于0μm小于等于1μm。

優(yōu)選地，所述有源區(qū)的深度為大于0μm，小于等于1μm。

優(yōu)選地，所述碳化硅襯底層的厚度為400μm。

優(yōu)選地，本發(fā)明還提供了該適用于碳化硅功率器件的具有可變角度溝槽結(jié)終端擴(kuò)展終端結(jié)構(gòu)的制備方法，包括如下步驟：

S1：在碳化硅襯底層上通過(guò)外延生長(zhǎng)形成具有第一導(dǎo)電類型的第一半導(dǎo)體層；

S2：在第一半導(dǎo)體層表面形成掩模層并光刻開孔，通過(guò)等離子體刻蝕控制溝槽側(cè)壁與底部角度，形成包括溝槽底部和溝槽側(cè)壁的溝槽結(jié)構(gòu)；

S3：清洗掩模層，在第一半導(dǎo)體層表面形成新的掩模層，通過(guò)在溝槽處進(jìn)行離子注入形成具有第二導(dǎo)電類型的結(jié)終端擴(kuò)展結(jié)構(gòu)，在溝槽一側(cè)進(jìn)行離子注入形成有源區(qū)；

S4：在溝槽表面進(jìn)行碳膜保護(hù)，通過(guò)高溫退火對(duì)注入離子進(jìn)行激活；

S5：去除碳膜，在溝槽上方形成絕緣鈍化層。

本發(fā)明提供的用于碳化硅功率器件的具有側(cè)壁可變角度的結(jié)終端擴(kuò)展終端結(jié)構(gòu)，在傳統(tǒng)平面結(jié)終端擴(kuò)展結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上加入不同形貌的溝槽結(jié)構(gòu)，改變了結(jié)終端擴(kuò)展結(jié)構(gòu)中的P-N結(jié)結(jié)深及形貌，增大了結(jié)邊緣曲率，緩解了結(jié)邊緣的電場(chǎng)集中效應(yīng)，從而提高結(jié)終端擴(kuò)展結(jié)構(gòu)在反向耐壓時(shí)的可靠性。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例1提供的適用于碳化硅功率器件的具有側(cè)壁可變角度的溝槽結(jié)終端擴(kuò)展終端結(jié)構(gòu)剖面示意圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例2提供的適用于碳化硅功率器件的具有側(cè)壁可變角度的溝槽結(jié)終端擴(kuò)展終端結(jié)構(gòu)剖面示意圖；

圖3為本發(fā)明實(shí)施例3提供的適用于碳化硅功率器件的具有側(cè)壁可變角度的溝槽結(jié)終端擴(kuò)展終端結(jié)構(gòu)剖面示意圖。

具體實(shí)施方式