[發(fā)明專利]一種碳化硅功率器件復(fù)合終端結(jié)構(gòu)及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011059251.9
• 申請(qǐng)日: 2020-09-30
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112349770B
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-11-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王俊;俞恒裕;梁世維;劉航志;江希;彭子舜;岳偉;楊余;張倩
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 湖南大學(xué)
• 主分類號(hào): H01L29/06
• 分類號(hào): H01L29/06;H01L21/8258
• 代理公司: 南昌合達(dá)信知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 36142
• 代理人: 陳龍

本發(fā)明公布了一種碳化硅功率器件復(fù)合終端結(jié)構(gòu)，其特征在于，包括器件元胞和復(fù)合終端，所述復(fù)合終端包括斜面刻蝕工藝形成的結(jié)終端延伸結(jié)構(gòu)和離子注入工藝形成的結(jié)終端延伸結(jié)構(gòu)。本發(fā)明還公開(kāi)一種碳化硅功率器件復(fù)合終端結(jié)構(gòu)的制備方法。本發(fā)明采用現(xiàn)有的工藝技術(shù)的同時(shí)提高了終端的耐壓，進(jìn)一步提高器件的可靠性和穩(wěn)定性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于半導(dǎo)體領(lǐng)域，具體為一種碳化硅功率器件復(fù)合終端結(jié)構(gòu)及其制備方法。

背景技術(shù)

隨著半導(dǎo)體材料技術(shù)和工藝技術(shù)的不斷提高，第三代寬禁帶半導(dǎo)體碳化硅器件已經(jīng)逐步商用化代替?zhèn)鹘y(tǒng)的硅基器件；并且成功研制了多種SiC器件，例如：SiCMOSFET、SiCJEFT、SiCSBD和SiCGTO等。而在這些極具發(fā)展?jié)摿Φ奶蓟杵骷校琒iCGTO可以實(shí)現(xiàn)最高的電流處理能力，并且在大電流工況下具有最低的通態(tài)損耗，特別是在脈沖功率應(yīng)用場(chǎng)合，SiCGTO器件的dv/dt和 di/dt耐量明顯優(yōu)于其他任何器件，使得寬禁帶器件在高壓領(lǐng)域拓寬了應(yīng)用市場(chǎng)。可以廣泛應(yīng)用于高壓直流輸電、軌道交通、脈沖功率、冶金化工、新能源汽車(chē)及國(guó)防等戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域。

在高壓功率器件制備上常用的終端技術(shù)有多步刻蝕結(jié)終端延伸終端和多步離子注入結(jié)終端延伸終端。多步刻蝕終端對(duì)刻蝕的深度和寬度非常敏感，并且刻蝕工藝刻蝕的溝槽粗糙度難以滿足實(shí)際需求；離子注入形成的結(jié)終端延伸對(duì)注入劑量非常敏感，需要對(duì)注入劑量有嚴(yán)格的控制，且離子注入后需要進(jìn)行高溫退火激活，激活率受退火溫度和時(shí)間影響。從而影響器件性能，難以充分發(fā)揮碳化硅材料耐高壓的屬性。

傳統(tǒng)的單獨(dú)的離子注入工藝簡(jiǎn)單易于實(shí)現(xiàn)，但形成的結(jié)終端延伸結(jié)構(gòu)對(duì)注入劑量十分敏感，且容易受到高溫退火工藝對(duì)離子激活率的影響；多步刻蝕工藝可以完全省去離子注入的一些不利影響，但是要極大的提高終端耐壓，緩解電場(chǎng)集中，需要多次刻蝕溝槽等，增大工藝難度和成本。

因此，亟待需要一種高壓高功率碳化硅器件的終端結(jié)構(gòu)及其制備方法，在目前國(guó)內(nèi)工藝能實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)上，盡可能充分發(fā)揮碳化硅的材料優(yōu)勢(shì)，提高高壓碳化硅器件的耐壓性能。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是針對(duì)以上問(wèn)題，提供一種碳化硅功率器件復(fù)合終端結(jié)構(gòu)，采用現(xiàn)有的工藝技術(shù)的同時(shí)提高了終端的耐壓，進(jìn)一步提高器件的可靠性和穩(wěn)定性。

為實(shí)現(xiàn)以上目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種碳化硅功率器件復(fù)合終端結(jié)構(gòu)，包括器件元胞和復(fù)合終端，所述復(fù)合終端包括斜面刻蝕工藝形成的結(jié)終端延伸結(jié)構(gòu)(8)和離子注入工藝形成的結(jié)終端延伸結(jié)構(gòu)(9)；

所述器件元胞包括：N+SiC襯底(2)；位于所述N+SiC襯底(2)上的P 緩沖層(3)；位于所述P緩沖層(3)上的P-漂移區(qū)(4)；位于所述P-漂移區(qū)(4)上的N基區(qū)(6)，在N基區(qū)(6)上進(jìn)行離子注入形成高濃度的門(mén)極區(qū)(7)，形成歐姆接觸；位于所述N基區(qū)(6)上的P+陽(yáng)極區(qū)(5)；

所述斜面刻蝕工藝形成的結(jié)終端延伸結(jié)構(gòu)(8)包括在N基區(qū)(6)形成的刻蝕斜面和從N基區(qū)(6)刻蝕到P-漂移區(qū)(4)形成的刻蝕平面。

優(yōu)選的，所述離子注入工藝形成的結(jié)終端延伸結(jié)構(gòu)(9)包括JTE1劑量區(qū)域(92)。

優(yōu)選的，所述離子注入工藝形成的結(jié)終端延伸結(jié)構(gòu)(9)包括JTE2劑量區(qū)域(93)，所述JTE2劑量區(qū)域(93)部分或全部疊加在JTE1劑量區(qū)域(92) 上。

一種用于碳化硅功率器件復(fù)合終端結(jié)構(gòu)的制備方法，(1)清洗碳化硅門(mén)極可關(guān)斷晶閘管外延片；

(2)在外延片沉積保護(hù)層，刻蝕形成陽(yáng)極臺(tái)面；

(3)門(mén)極臺(tái)面刻蝕；

(4)門(mén)極區(qū)域進(jìn)行離子注入，形成高濃度區(qū)域便于形成歐姆接觸，隨后高溫退火處理，激活氮離子；

(5)復(fù)合終端結(jié)構(gòu)的制備；