[實用新型]一種碳化硅外延襯底

有效

• 申請號: 202223421184.8
• 申請日: 2022-12-21
• 公開（公告）號: CN218730955U
• 公開（公告）日: 2023-03-24
• 發明（設計）人: 母鳳文;郭超;田野
• 申請（專利權）人: 青禾晶元（天津）半導體材料有限公司
• 主分類號: H01L29/06
• 分類號: H01L29/06;H01L29/16;H01L29/739
• 代理公司: 北京品源專利代理有限公司 11332
• 代理人: 趙穎

本實用新型提供了一種碳化硅外延襯底，所述碳化硅外延襯底包括疊加設置的高摻雜基底層以及低摻雜漂移層；所述碳化硅外延襯底還包括鍵合界面層；所述鍵合界面層設置于高摻雜基底層內部、低摻雜漂移層內部或高摻雜基底層以及低摻雜漂移層之間的任意一個位置。本實用新型提供的碳化硅外延襯底的制備方法工藝流程簡單、生產良率高，可以有效地降低外延襯底的生產成本。

技術領域

本實用新型屬于半導體器件技術領域，涉及一種半導體襯底，尤其涉及一種面向絕緣柵雙極型晶體管（IGBT）的碳化硅外延襯底。

背景技術

碳化硅（SiC）材料具有禁帶寬度大、擊穿電場強度高、熱導率高等優點，是制備工作于高溫高壓環境的射頻及功率電子器件的重要材料。同時，SiC機械強度高、化學性質穩定，也可用于制備絕緣柵雙極型晶體管（IGBT）。

絕緣柵雙極型晶體管（IGBT）結合了MOSFET器件高輸入阻抗與雙極型器件高電流密度的優點，在中頻率高功率的場合有著巨大的優勢。高壓大電流的Si基IGBT主要用于電力牽引系統、工業應用、高壓直流電轉換（HVDC）以及新興脈沖功率應用等領域。在這些領域中，高電壓可以用于減小系列中所用的器件數量最終簡化轉換器的拓撲結構。

目前報道的Si基IGBT的最大電壓可達到8.4kV，很接近Si材料的極限，但工作頻率和工作溫度也極大地限制了Si材料在這些領域的進一步應用。作為一種寬禁帶半導體材料，SiC有著更高的擊穿電場強度、更高的本征溫度、更高的熱導率、更高的載流子飽和漂移速率。因此，SiC基IGBT器件在高溫、高壓、高功率的場合展現出了更強的競爭力。

目前根據器件工作時參與導電的載流子類型，可將SiC基IGBT分為N溝道IGBT和P溝道IGBT。其中N溝道IGBT需要使用P型摻雜襯底，P溝道IGBT需要使用N型摻雜襯底。由于高質量的N型摻雜襯底較P型摻雜襯底更易獲得，故早期SiC基IGBT的研究主要集中在P溝道IGBT上，其研究進展也一直領先于N溝道SiC基IGBT。

與常見的P溝道SiC基IGBT相比，N溝道SiC基IGBT利用電子作為載流子，其遷移率高于空穴，因此，N溝道SiC基IGBT的導通壓降更低。并且，N溝道SiC基IGBT與現有的電力電子系統更兼容。但制備N溝道SiC IGBT需要使用高質量P型襯底作為集電極，但SiC基P型襯底的電阻率更高且材料內缺陷密度更大，難以獲得天然的良好P型SiC襯底。使用P型襯底材料制備出的N溝道SiC基IGBT器件載流子壽命等指標劣于同時期制備的P溝道SiC基IGBT。

2009年，研究人員提出了利用反轉晶片法，該方法是在N型襯底上依次生長N型緩沖層、N型漂移區、N+緩沖層、P+集電極區；翻轉器件后去除N型襯底和N型緩沖層，并生長N型電流阻擋層。然后在該外延襯底結構基礎上進行P型襯底的N溝道SiC基IGBT器件研究，在器件性能和可靠性上取得了良好的成果。然而，翻轉晶片法以及翻轉注入外延法獲得SiC基IGBT襯底結構存在工藝復雜、成本較高的弊端。

因此，有必要提供一種基于晶圓直接鍵合的SiC基IGBT外延襯底結構，具有藝流程簡單，生產良率高的特點，可以有效地降低外延襯底的生產成本。

實用新型內容

針對現有技術存在的不足，本實用新型的目的在于提供一種碳化硅外延襯底。所述碳化硅外延襯底的制備方法工藝流程簡單、生產良率高，可以有效地降低外延襯底的生產成本。

為達此目的，本實用新型采用以下技術方案：

本實用新型提供了一種碳化硅外延襯底，所述碳化硅外延襯底包括包括疊加設置的高摻雜基底層以及低摻雜漂移層；

所述碳化硅外延襯底還包括鍵合界面層；

所述鍵合界面層設置于高摻雜基底層內部、低摻雜漂移層內部或高摻雜基底層以及低摻雜漂移層之間的任意一個位置。