專利名稱：基于超級(jí)結(jié)的碳化硅mosfet器件及制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于微電子技術(shù)領(lǐng)域，涉及半導(dǎo)體器件，特別是一種基于超級(jí)結(jié)的碳化硅 MOSFET器件及制備方法。
背景技術(shù)：
SiC是最近十幾年來(lái)迅速發(fā)展起來(lái)的寬禁帶半導(dǎo)體材料，與其它半導(dǎo)體材料，比如 Si，GaNg及GaAs相比，SiC材料具有寬禁帶、高熱導(dǎo)率、高載流子飽和遷移率、高功率密度等優(yōu)點(diǎn)。SiC可以熱氧化生成二氧化硅，使得SiC MOSFET器件和電路的實(shí)現(xiàn)成為可能。自 20世紀(jì)90年代以來(lái)，SiC MOSFET已在開關(guān)穩(wěn)壓電源、高頻加熱、汽車電子以及功率放大器等方面取得了廣泛的應(yīng)用。然而，作為一種功率器件，碳化硅MOSFET在性能上仍然存在很大的問(wèn)題。其中最關(guān)鍵的一個(gè)就是擊穿電壓和導(dǎo)通電阻之間的制約關(guān)系，由于漂移區(qū)的限制，提高擊穿電壓和降低導(dǎo)通電阻往往不能同時(shí)實(shí)現(xiàn)，這就導(dǎo)致器件在大電壓下工作時(shí)會(huì)有很大的能量損耗。圖1為傳統(tǒng)的SiC MOSFET結(jié)構(gòu)，區(qū)域7為JFET區(qū)，區(qū)域6為P阱，區(qū)域10為漏極， 當(dāng)給漏極10加大電壓時(shí)，由于電場(chǎng)邊緣集中現(xiàn)象，擊穿點(diǎn)將會(huì)發(fā)生在JFET區(qū)7與P阱6的拐角處。降低漂移區(qū)的摻雜濃度會(huì)使擊穿電壓提高，但同時(shí)也會(huì)增加器件的導(dǎo)通電阻，從而增加器件的能量損耗。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述已有技術(shù)的缺點(diǎn)，提供一種基于超級(jí)結(jié)的碳化硅 MOSFET器件及制備方法，以減小P阱拐角處的電場(chǎng)，在低導(dǎo)通電阻的情況下提高器件擊穿電壓。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的器件包括柵極、SiO2氧化物介質(zhì)、源極、N+源區(qū)、P+接觸區(qū)、P阱、JFET區(qū)、N—外延層、N+襯底和漏極，其中，N—外延層的兩側(cè)，且在P阱的正下方設(shè)有 P—基，以使P阱和JFET區(qū)拐點(diǎn)處的電場(chǎng)分布能更加均勻，提高器件的擊穿電壓。所述的P—基的橫向?qū)挾扰cP阱的橫向?qū)挾认嗤Ｋ龅摩盻基的厚度為0. 5 5 μ m，鋁離子摻雜濃度為5 X IO15 1 X IO1W30為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明基于超級(jí)結(jié)的碳化硅MOSFET器件制作方法，包括如下步驟(1)在N+碳化硅襯底的正面上外延生長(zhǎng)厚度為10 μ m、氮離子摻雜濃度為 5XlO15- IXlO16Cnr3的N—外延層，其外延生長(zhǎng)溫度為1600°C，壓力lOOmbar，反應(yīng)氣體是硅烷和丙烷，載運(yùn)氣體為純氫氣，雜質(zhì)源為液態(tài)氮?dú)猓?2)采用ICP刻蝕工藝，對(duì)N—外延層的兩側(cè)進(jìn)行刻蝕，形成P—基區(qū)域，刻蝕深度為 0. 5 5 μ m ；(3)在P—基區(qū)域上進(jìn)行外延生長(zhǎng)厚度為0. 5 5 μ m、鋁離子摻雜濃度為5 X IO15 IX IO16CnT3的外延層，其外延生長(zhǎng)溫度為1600°C，壓力lOOmbar，反應(yīng)氣體是硅烷和丙烷，載運(yùn)氣體為純氫氣，雜質(zhì)源為三甲基鋁；(4)在整個(gè)碳化硅的正面外延生長(zhǎng)形成厚度為0. 5 μ m、鋁離子摻雜濃度為 5X IO15CnT3的P阱外延層，其外延生長(zhǎng)溫度為1600°C，壓力IOOmbar，反應(yīng)氣體是硅烷和丙烷，載運(yùn)氣體為純氫氣，雜質(zhì)源為三甲基鋁；(5)在P阱外延層中間區(qū)域離子注入深度為0. 5 μ m，摻雜濃度為IX IO17CnT3的氮離子，形成JFET區(qū)；(6)在P阱的邊緣區(qū)域離子注入深度為0. 5 μ m，摻雜濃度為1 X 1019cm_3的鋁離子， 形成P+歐姆接觸區(qū)；(7)在P阱中靠近P+歐姆接觸區(qū)離子注入深度為0. 25 μ m,摻雜濃度為1 X IO19CnT3 的氮離子，形成N+源區(qū)；(8)在整個(gè)碳化硅表面采用干氧氧化和濕氧氧化結(jié)合的工藝進(jìn)行氧化，形成50nm 的柵氧化層；(9)在整個(gè)碳化硅表面用低壓熱壁化學(xué)汽相淀積法淀積厚度為150nm的多晶硅作為柵極，其淀積溫度為600 700°C，壓強(qiáng)為60 80Pa，反應(yīng)氣體為硅烷和磷化氫，載運(yùn)氣體為氦氣；(10)在P+歐姆接觸區(qū)、N+源區(qū)以及整個(gè)碳化硅背面淀積Al/Ti合金，作為源極和漏極的接觸金屬層，然后在1100士50°C溫度下，氮?dú)鈿夥罩袑?duì)整個(gè)碳化硅退火3分鐘形成歐姆接觸電極。所述步驟⑵所涉及的ICP刻蝕工藝條件為ICP線圈功率850W，源功率100W，反應(yīng)氣體SF6和A分別為48sccm和lkccm。所述步驟( 所涉及的離子注入，工藝條件為注入溫度500°C，離子激活退火溫度1750°C，退火時(shí)間=IOmin0所述步驟(6)所涉及的離子注入，工藝條件為注入溫度650°C，離子激活退火溫度1750°C，退火時(shí)間=IOmin0所述步驟(7)所涉及的離子注入，工藝條件為注入溫度500°C，離子激活退火溫度1750°C，退火時(shí)間=IOmin0所述步驟( 所涉及的氧化工藝條件為干氧氧化溫度1200°C，濕氧氧化溫度 950 "C。所述步驟(10)所涉及的Al/Ti合金，厚度為300nm/100nm。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點(diǎn)本發(fā)明由于引入P—基，使得器件P阱和JFET區(qū)拐角處的電場(chǎng)分布更加均勻，在導(dǎo)通電阻不變的條件下器件的擊穿電壓得到顯著提高。本發(fā)明相比于其他提高擊穿電壓的方法，制作工藝簡(jiǎn)單，且避免了較大深度的離子注入工藝以及離子注入工藝所帶來(lái)的晶格損傷、低激活率的問(wèn)題。


圖1是傳統(tǒng)的VDM0SFET器件結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明基于超級(jí)結(jié)的碳化硅MOSFET器件結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本發(fā)明的制作工藝流程示意圖。
具體實(shí)施方法參照?qǐng)D2，本發(fā)明的器件包括多晶柵1、SiO2氧化物介質(zhì)2、源極3、N+源區(qū)4、P+ 歐姆接觸區(qū)5、P阱6、JFET區(qū)7、P—基8、N—外延層9、襯底10和漏極11。其中，N+襯底10 為高摻雜的N型碳化硅襯底片，N+襯底10的上面為厚度是9 10 μ m、氮離子摻雜濃度是 5 X IO15 1 X IO16CnT3的N_外延層9 ；在N_外延層9的兩側(cè)為厚度是0. 5 5 μ m、鋁離子摻雜濃度是5X IO15 1 X IO16CnT3的P-基8，；在N_外延層9中部上方為JFET區(qū)7，該JFET 區(qū)7的厚度為0. 5 μ m，氮離子摻雜濃度為1 X IO17CnT3 ；P阱6位于JFET區(qū)7兩側(cè)，其厚度為 0. 5 μ m，鋁離子摻雜濃度為5 X IO15Cm-3,橫向?qū)挾扰cP-基8的橫向?qū)挾认嗤?；在P阱6的邊緣為P+歐姆接觸區(qū)5，其厚度為0. 5 μ m，鋁離子摻雜濃度為1 X IO19Cm-3,由離子注入工藝形成；在P阱6中靠近P+歐姆接觸區(qū)5的位置為N+源區(qū)4，其厚度為0. 25 μ m,氮離子摻雜濃度為1 X IO1W3,由離子注入工藝形成；在JFET區(qū)7上面為厚度為50nm的SW2隔離介質(zhì)2， 其通過(guò)干氧加濕氧的工藝形成；多晶柵1位于S^2隔離介質(zhì)2上面，采用低壓熱壁化學(xué)汽相淀積法形成，厚度為150nm ；在N+源區(qū)4和P+歐姆接觸區(qū)5上面由厚度分別為300nm/100nm 的Al/Ti合金組成的源極4 ；N+襯底10的背面是由厚度分別300nm/100nm的Al/Ti合金組成的漏極11。參照?qǐng)D3，本發(fā)明的制作方法通過(guò)下面實(shí)施例說(shuō)明。實(shí)施例1步驟1.在N+碳化硅襯底片上外延生長(zhǎng)N—漂移層，如圖3a。先對(duì)N+型碳化硅襯底片進(jìn)行RCA標(biāo)準(zhǔn)清洗，再在其正面上用低壓熱壁化學(xué)氣相淀積法外延生長(zhǎng)厚度為10 μ m、氮離子摻雜濃度為5 X IO15CnT3的N_外延漂移層，其外延工藝條件是溫度為1600°C，壓力lOOmbar，反應(yīng)氣體是硅烷和丙烷，載運(yùn)氣體為純氫氣，雜質(zhì)源為液態(tài)氮?dú)?。步驟2.刻蝕P-基區(qū)域，如圖3b。在N_外延漂移層兩側(cè)采用ICP刻蝕工藝，刻蝕形成深度為0. 5 μ m的P_基區(qū)域， ICP刻蝕工藝條件為ICP線圈功率850W，源功率100W，反應(yīng)氣體SF6和仏分別為48sccm和 12sccm。步驟3.選擇性外延生長(zhǎng)？_基區(qū)域，如圖3c。在P-基區(qū)域用低壓熱壁化學(xué)氣相淀積法外延生長(zhǎng)厚度為0. 5 μ m、氮離子摻雜濃度為5X IO15CnT3的P—基外延層，其外延工藝條件是溫度為1600°C，壓力IOOmbar，反應(yīng)氣體是硅烷和丙烷，載運(yùn)氣體為純氫氣，雜質(zhì)源為三甲基鋁。步驟4.外延生長(zhǎng)ρ阱區(qū)域，如圖3d。在整個(gè)碳化硅的正面外延生長(zhǎng)形成厚度為0. 5 μ m、鋁離子摻雜濃度為6 X IO17CnT3 的P阱外延層，其外延生長(zhǎng)工藝條件是溫度為1600°C，壓力lOOmbar，反應(yīng)氣體是硅烷和丙烷，載運(yùn)氣體為純氫氣，雜質(zhì)源為三甲基鋁。步驟5.在P阱的中間區(qū)域采用氮離子注入形成JFET區(qū)，如圖!Be。(5. 1)用低壓化學(xué)汽相淀積方式在整個(gè)碳化硅表面淀積一層厚度為0. 2μπι的 SiO2鈍化層，再淀積厚度為1 μ m的Al作為JFET區(qū)中氮離子注入的阻擋層，通過(guò)光刻和刻蝕形成JFET注入?yún)^(qū)；(5. 2)在500C的環(huán)境溫度下進(jìn)行4次氮離子注入，先后注入能量分別為380keV、250keV、150keV 和 80keV,對(duì)應(yīng)的劑量為 1. 66X IO1W2U. 30X 1012cnT2、1. 02X IO1W2 和 7. 23 X IO11Cm"2 的氮離子；(5. 3)采用RCA清洗標(biāo)準(zhǔn)對(duì)碳化硅表面進(jìn)行清洗，烘干后做C膜保護(hù)；然后在 1750°C氬氣氛圍中進(jìn)行離子激活退火15min。步驟6.在P阱的邊緣區(qū)域采用4次選擇性鋁離子注入工藝，形成P+歐姆接觸區(qū)， 如圖3f。(6. 1)用低壓化學(xué)汽相淀積方式在整個(gè)碳化硅表面淀積一層厚度為0. 2μπι的 SiO2鈍化層，再淀積厚度為1. 0 μ m的Al作為P+歐姆接觸區(qū)6氮離子注入的阻擋層，通過(guò)光刻和刻蝕形成P+歐姆接觸注入?yún)^(qū)；(6. 2)在650°C的環(huán)境溫度下進(jìn)行四次鋁離子注入，注入能量分別為280keV、 180keV、IOOkeV 和 40keV,對(duì)應(yīng)的劑量為 4. 8 X 1014cnT2、4. 0 X 1014cnT2、3. 5 X IO1W2 和 2. 7 X IO14CnT2 ；(6. 3)采用RCA標(biāo)準(zhǔn)清洗外延片，烘干后做C膜保護(hù)，在1700°C氬氣氛圍中作離子激活退火，時(shí)間為15min。步驟7.在P_層中靠近P+歐姆接觸區(qū)進(jìn)行多次選擇性氮離子注入，形成N+源區(qū)， 如圖3g。(7. 1)用低壓化學(xué)汽相淀積方式在整個(gè)碳化硅表面淀積一層厚度為0. 2μπι的 SiO2鈍化層，再淀積厚度為0. 5 μ m的Al來(lái)作為N+源區(qū)5中氮離子注入的阻擋層，通過(guò)光刻和刻蝕形成N+源注入?yún)^(qū)；(7.2)在500°C的環(huán)境溫度下進(jìn)行3次氮離子注入，注入能量分別為180keV、 IOOkeV 和 30keV，對(duì)應(yīng)的劑量為 3. 8 X IO15CnT2、2. 5 X IO15CnT2 和 1. 6 X IO1W ；(7. 3)采用RCA清洗標(biāo)準(zhǔn)對(duì)碳化硅表面進(jìn)行清洗，烘干后做C膜保護(hù)，在1750°C氬氣氛圍中作離子激活退火15min。步驟8.在整個(gè)碳化硅表面進(jìn)行氧化工藝，形成柵氧化膜，如圖池。先在1200°C下干氧氧化1. 5小時(shí)，再在950°C下濕氧氧化1小時(shí)，形成50nm的柵氧化膜2，然后通過(guò)光刻、刻蝕形成圖2中的S^2氧化物介質(zhì)2。步驟9.淀積形成磷離子重?fù)诫s的多晶硅柵，如圖3i。用低壓熱壁化學(xué)汽相淀積法在整個(gè)碳化硅表面生長(zhǎng)150nm的多晶硅，然后通過(guò)光刻、刻蝕保留住柵氧化膜上的多晶硅作為柵極1，淀積工藝條件是淀積溫度為600°C，淀積壓強(qiáng)為60 ，反應(yīng)氣體采用硅烷和磷化氫，載運(yùn)氣體采用氦氣。步驟10.形成源、漏歐姆接觸，如圖3j。(10. 1)在整個(gè)碳化硅片正面涂光刻膠，然后通過(guò)顯影形成N+以及P+歐姆接觸區(qū)域，作為源接觸金屬區(qū)，整個(gè)碳化硅的背面作為漏接觸金屬區(qū)；(10. 2)對(duì)整個(gè)碳化硅片的正面和反面淀積300nm/100nm的Al/Ti合金，之后通過(guò)超聲波剝離使正面形成源接觸金屬層，背面形成漏接觸金屬層；(10. 3)在1150°C溫度下，氮?dú)鈿夥罩袑?duì)整個(gè)碳化硅片退火3分鐘，使源、漏接觸金屬層形成歐姆接觸。實(shí)施例2第1步.在N+碳化硅襯底片上外延生長(zhǎng)N—漂移層，如圖3a。
先對(duì)N+型碳化硅襯底片進(jìn)行RCA標(biāo)準(zhǔn)清洗，再在其正面上用低壓熱壁化學(xué)氣相淀積法外延生長(zhǎng)厚度為10 μ m、氮離子摻雜濃度為8 X IO15CnT3的N_外延漂移層，其外延工藝條件是溫度為1600°C，壓力lOOmbar，反應(yīng)氣體是硅烷和丙烷，載運(yùn)氣體為純氫氣，雜質(zhì)源為液態(tài)氮?dú)狻５?步.刻蝕P_基區(qū)域，如圖3b。在N_外延漂移層兩側(cè)采用ICP刻蝕工藝，刻蝕形成深度為3 μ m的P-基區(qū)域，ICP 刻蝕工藝條件為ICP線圈功率850W，源功率100W，反應(yīng)氣體SF6和仏分別為48sccm和 12sccm。第3步.選擇性外延生長(zhǎng)？_基區(qū)域，如圖3c。在P—基區(qū)域用低壓熱壁化學(xué)氣相淀積法外延生長(zhǎng)厚度為3 μ m、氮離子摻雜濃度為 8 X IO15CnT3 基外延層，其外延溫度為1600°C，壓力lOOmbar，反應(yīng)氣體是硅烷和丙烷，載運(yùn)氣體為純氫氣，雜質(zhì)源為三甲基鋁。第4步.外延生長(zhǎng)ρ阱區(qū)域，如圖3d。在整個(gè)碳化硅的正面外延生長(zhǎng)形成厚度為0. 5 μ m、鋁離子摻雜濃度為6 X IO17CnT3 的P阱外延層，其外延生長(zhǎng)溫度為1600°C，壓力lOOmbar，反應(yīng)氣體是硅烷和丙烷，載運(yùn)氣體為純氫氣，雜質(zhì)源為三甲基鋁。第5步.在P阱的中間區(qū)域采用氮離子注入形成JFET區(qū)，如圖!Be。(5. 1)用低壓化學(xué)汽相淀積方式在整個(gè)碳化硅表面淀積一層厚度為0. 2μπι的 SiO2鈍化層，再淀積厚度為1 μ m的Al作為JFET區(qū)中氮離子注入的阻擋層，通過(guò)光刻和刻蝕形成JFET注入?yún)^(qū)；(5. 2)在500°C的環(huán)境溫度下進(jìn)行4次氮離子注入，先后注入能量分別為380keV、 250keV、150keV 和 80keV,對(duì)應(yīng)的劑量為 1. 66X IO1W2U. 30X 1012cnT2、1. 02X IO1W2 和 7. 23 X IO11Cm"2 的氮離子；(5. 3)采用RCA清洗標(biāo)準(zhǔn)對(duì)碳化硅表面進(jìn)行清洗，烘干后做C膜保護(hù)；然后在 1750°C氬氣氛圍中進(jìn)行離子激活退火15min。第6步.在P阱的邊緣區(qū)域采用4次選擇性鋁離子注入工藝，形成P+歐姆接觸區(qū)， 如圖3f。(6. 1)用低壓化學(xué)汽相淀積方式在整個(gè)碳化硅表面淀積一層厚度為0. 2μπι的 SiO2鈍化層，再淀積厚度為1. O μ m的Al作為P+歐姆接觸區(qū)6氮離子注入的阻擋層，通過(guò)光刻和刻蝕形成P+歐姆接觸注入?yún)^(qū)；(6. 2)在650°C的環(huán)境溫度下進(jìn)行四次鋁離子注入，注入能量分別為280keV、 180keV、IOOkeV 和 40keV,對(duì)應(yīng)的劑量為 4. 8 X 1014cnT2、4. O X 1014cnT2、3. 5 X IO1W2 和 2. 7 X IO14CnT2 ；(6. 3)采用RCA標(biāo)準(zhǔn)清洗外延片，烘干后做C膜保護(hù)，在1700°C氬氣氛圍中作離子激活退火，時(shí)間為15min。第7步.在P—層中靠近P+歐姆接觸區(qū)進(jìn)行多次選擇性氮離子注入，形成N+源區(qū)， 如圖3g。(7. 1)用低壓化學(xué)汽相淀積方式在整個(gè)碳化硅表面淀積一層厚度為0. 2μπι的 SiO2鈍化層，再淀積厚度為0. 5 μ m的Al來(lái)作為N+源區(qū)5中氮離子注入的阻擋層，通過(guò)光刻和刻蝕形成N+源注入?yún)^(qū)；(7.2)在500°C的環(huán)境溫度下進(jìn)行3次氮離子注入，注入能量分別為180keV、 IOOkeV 和 30keV，對(duì)應(yīng)的劑量為 3. 8 X IO15CnT2、2. 5 X IO15CnT2 和 1. 6 X IO1W ；(7. 3)采用RCA清洗標(biāo)準(zhǔn)對(duì)碳化硅表面進(jìn)行清洗，烘干后做C膜保護(hù)，在1700°C氬氣氛圍中作離子激活退火15min。第8步.在整個(gè)碳化硅表面進(jìn)行氧化工藝，形成柵氧化膜，如圖池。先在1200°C下干氧氧化1. 5小時(shí)，再在950°C下濕氧氧化1小時(shí)，形成50nm的柵氧化膜2，然后通過(guò)光刻、刻蝕形成圖2中的S^2氧化物介質(zhì)2。第9步.淀積形成磷離子重?fù)诫s的多晶硅柵，如圖3i。用低壓熱壁化學(xué)汽相淀積法在整個(gè)碳化硅表面生長(zhǎng)150nm的多晶硅，然后通過(guò)光刻、刻蝕保留住柵氧化膜上的多晶硅作為柵極1，淀積工藝條件是淀積溫度為650°C，淀積壓強(qiáng)為70Pa，反應(yīng)氣體采用硅烷和磷化氫，載運(yùn)氣體采用氦氣。第10步.形成源、漏歐姆接觸，如圖3j。(10. 1)在整個(gè)碳化硅片正面涂光刻膠，然后通過(guò)顯影形成N+以及P+歐姆接觸區(qū)域，作為源接觸金屬區(qū)，整個(gè)碳化硅的背面作為漏接觸金屬區(qū)；(10. 2)對(duì)整個(gè)碳化硅片的正面和反面淀積300nm/100nm的Al/Ti合金，之后通過(guò)超聲波剝離使正面形成源接觸金屬層，背面形成漏接觸金屬層；(10. 3)在1150°C溫度下，氮?dú)鈿夥罩袑?duì)整個(gè)碳化硅片退火3分鐘，使源、漏接觸金屬層形成歐姆接觸。實(shí)施例3步驟A.在N+碳化硅襯底片上外延生長(zhǎng)N—漂移層，如圖3a。先對(duì)N+型碳化硅襯底片進(jìn)行RCA標(biāo)準(zhǔn)清洗，再在溫度為1600°C，壓力lOOmbar，反應(yīng)氣體是硅烷和丙烷，載運(yùn)氣體為純氫氣，雜質(zhì)源為液態(tài)氮?dú)獾墓に嚄l件下，用低壓熱壁化學(xué)氣相淀積法外延生長(zhǎng)厚度為 ο μ m、氮離子摻雜濃度為1 X IO16CnT3的N_外延漂移層。步驟B.刻蝕P-基區(qū)域，如圖3b。在N_外延漂移層兩側(cè)采用ICP刻蝕工藝，刻蝕形成深度為5 μ m的P-基區(qū)域，ICP 刻蝕工藝的線圈功率為850W，源功率為100W，反應(yīng)氣體SF6和&分別是48sccm和lkccm。步驟C.選擇性外延生長(zhǎng)？_基區(qū)域，如圖3c。在P—基區(qū)域用低壓熱壁化學(xué)氣相淀積法外延生長(zhǎng)厚度為5 μ m、氮離子摻雜濃度為 1 X IO16CnT3的P_基外延層，其外延工藝采用的反應(yīng)氣體為硅烷和丙烷，載運(yùn)氣體為純氫氣， 雜質(zhì)源為三甲基鋁，溫度為1600°C，壓力lOOmbar。步驟D.外延生長(zhǎng)P阱區(qū)域，如圖3d。在整個(gè)碳化硅的正面外延生長(zhǎng)形成厚度為0. 5 μ m、鋁離子摻雜濃度為6X IO17CnT3 的P阱外延層，其外延生長(zhǎng)工藝條件是溫度為1600°C，壓力lOOmbar，反應(yīng)氣體是硅烷和丙烷，載運(yùn)氣體為純氫氣，雜質(zhì)源為三甲基鋁。步驟E.在P阱的中間區(qū)域采用氮離子注入形成JFET區(qū)，如圖!Be。(El)用低壓化學(xué)汽相淀積方式在整個(gè)碳化硅表面淀積一層厚度為0. 2 μ m的SW2 鈍化層，再淀積厚度為1 μ m的Al作為JFET區(qū)中氮離子注入的阻擋層，通過(guò)光刻和刻蝕形成JFET注入?yún)^(qū)；
(E2)在500°C的環(huán)境溫度下進(jìn)行4次氮離子注入，先后注入能量分別為380keV、 250keV、150keV 和 80keV,對(duì)應(yīng)的劑量為 1. 66X IO1W2U. 30X 1012cnT2、1. 02X IO1W2 和 7. 23 X IO11Cm"2 的氮離子；(E3)采用RCA清洗標(biāo)準(zhǔn)對(duì)碳化硅表面進(jìn)行清洗，烘干后做C膜保護(hù)；然后在 1750°C氬氣氛圍中進(jìn)行離子激活退火15min。步驟F.在P阱的邊緣區(qū)域采用4次選擇性鋁離子注入工藝，形成P+歐姆接觸區(qū)， 如圖3f。(Fl)用低壓化學(xué)汽相淀積方式在整個(gè)碳化硅表面淀積一層厚度為0. 2 μ m的SW2 鈍化層，再淀積厚度為1. 0 μ m的Al作為P+歐姆接觸區(qū)6氮離子注入的阻擋層，通過(guò)光刻和刻蝕形成P+歐姆接觸注入?yún)^(qū)；(F2)在650°C的環(huán)境溫度下進(jìn)行四次鋁離子注入，注入能量分別為280keV、 180keV、IOOkeV 和 40keV,對(duì)應(yīng)的劑量為 4. 8 X 1014cnT2、4. 0 X 1014cnT2、3. 5 X IO1W2 和 2. 7 X IO14CnT2 ；(F3)采用RCA標(biāo)準(zhǔn)清洗外延片，烘干后做C膜保護(hù)，在1750°C氬氣氛圍中作離子激活退火，時(shí)間為15min。步驟G.在P_層中靠近P+歐姆接觸區(qū)進(jìn)行多次選擇性氮離子注入，形成N+源區(qū)， 如圖3g。(Gl)用低壓化學(xué)汽相淀積方式在整個(gè)碳化硅表面淀積一層厚度為0. 2 μ m的S^2 鈍化層，再淀積厚度為0. 5 μ m的Al來(lái)作為N+源區(qū)5中氮離子注入的阻擋層，通過(guò)光刻和刻蝕形成N+源注入?yún)^(qū)；(6 在500°〇的環(huán)境溫度下進(jìn)行3次氮離子注入，注入能量分別為180keV、IOOkeV 和 30keV，對(duì)應(yīng)的劑量為 3. 8 X IO1 W,2. 5 X IO1W 和 1. 6 X IO15CnT2 ；(G3)采用RCA清洗標(biāo)準(zhǔn)對(duì)碳化硅表面進(jìn)行清洗，烘干后做C膜保護(hù)，在1750°C氬氣氛圍中作離子激活退火15min。步驟H.在整個(gè)碳化硅表面進(jìn)行氧化工藝，形成柵氧化膜，如圖池。將整個(gè)碳化硅表面置于氧化爐中在1200°C溫度下先進(jìn)行1. 5小時(shí)的干氧氧化，再在950°C下進(jìn)行1小時(shí)的濕氧氧化，形成50nm的柵氧化膜，然后通過(guò)光刻、刻蝕形成圖2中的S^2氧化物介質(zhì)2。步驟I.淀積形成磷離子重?fù)诫s的多晶硅柵，如圖3i。在溫度為700°C，淀積壓強(qiáng)為80 的條件下，用低壓熱壁化學(xué)汽相淀積法在整個(gè)碳化硅表面生長(zhǎng)150nm的多晶硅，然后通過(guò)光刻、刻蝕保留住柵氧化膜上的多晶硅作為柵極1，其反應(yīng)氣體采用硅烷和磷化氫，載運(yùn)氣體采用氦氣。步驟J.形成源、漏歐姆接觸，如圖3j。(Jl)在整個(gè)碳化硅片正面涂光刻膠，然后通過(guò)顯影形成N+以及P+歐姆接觸區(qū)域， 作為源接觸金屬區(qū)，整個(gè)碳化硅的背面作為漏接觸金屬區(qū)；(J2)對(duì)整個(gè)碳化硅片的正面和反面淀積300nm/100nm的Al/Ti合金，之后通過(guò)超聲波剝離使正面形成源接觸金屬層，背面形成漏接觸金屬層；(B)在1150°C溫度下，氮?dú)鈿夥罩袑?duì)整個(gè)碳化硅片退火3分鐘，使源、漏接觸金屬層形成歐姆接觸。
權(quán)利要求
1.一種基于超級(jí)結(jié)的碳化硅MOSFET器件，包括柵極(1)、SiO2氧化物介質(zhì)O)、源極 (3)、N+源區(qū)(4)、P+接觸區(qū)(5)、P阱(6)、JFET區(qū)(7)、N—外延層(9)、N+襯底(10)和漏極 (11)，其特征在于N—外延層(9)的兩側(cè)，且在P阱(6)的正下方設(shè)有P—基(8)，以使P阱 (6)和JFET區(qū)(7)拐點(diǎn)處的電場(chǎng)分布能更加均勻，提高器件的擊穿電壓。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于超級(jí)結(jié)的碳化硅MOSFET器件，其特征在于斤_基(8)橫向?qū)挾扰cP阱(6)橫向?qū)挾认嗤?br> 3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于超級(jí)結(jié)的碳化硅MOSFET器件，其特征在于斤_基(8)的厚度為0. 5 5 μ m，鋁離子摻雜濃度為5 X IO15 1 X 1016Cm_3。
4.一種基于超級(jí)結(jié)的碳化硅MOSFET器件制作方法，包括如下步驟(1)在N+碳化硅襯底的正面上外延生長(zhǎng)厚度為10μ m、氮離子摻雜濃度為5X IO15 IX IO16CnT3的外延層，其外延生長(zhǎng)溫度為1600°C，壓力lOOmbar，反應(yīng)氣體是硅烷和丙烷， 載運(yùn)氣體為純氫氣，雜質(zhì)源為液態(tài)氮?dú)猓?2)采用ICP刻蝕工藝，對(duì)N_外延層的兩側(cè)進(jìn)行刻蝕，形成廠基區(qū)域，刻蝕深度為0.5 5 μ m ；(3)在P—基區(qū)域上進(jìn)行外延生長(zhǎng)厚度為0.5 5 μ m、鋁離子摻雜濃度為5X IO15 IX IO16CnT3的外延層，其外延生長(zhǎng)溫度為1600°C，壓力lOOmbar，反應(yīng)氣體是硅烷和丙烷，載運(yùn)氣體為純氫氣，雜質(zhì)源為三甲基鋁；(4)在整個(gè)碳化硅的正面外延生長(zhǎng)形成厚度為0.5 μ m、鋁離子摻雜濃度為5 X IO15CnT3 的P阱外延層，其外延生長(zhǎng)溫度為1600°C，壓力lOOmbar，反應(yīng)氣體是硅烷和丙烷，載運(yùn)氣體為純氫氣，雜質(zhì)源為三甲基鋁；(5)在P阱外延層中間區(qū)域離子注入深度為0.5 μ m，摻雜濃度為1 X IO17CnT3的氮離子， 形成JFET區(qū)；(6)在P阱的邊緣區(qū)域離子注入深度為0.5 μ m，摻雜濃度為1 X IO19CnT3的鋁離子，形成 P+歐姆接觸區(qū)；(7)在P阱中靠近P+歐姆接觸區(qū)離子注入深度為0.25 μ m,摻雜濃度為1 X 1019cm_3的氮離子，形成N+源區(qū)；(8)在整個(gè)碳化硅表面采用干氧氧化和濕氧氧化結(jié)合的工藝進(jìn)行氧化，形成50nm的柵氧化層；(9)在整個(gè)碳化硅表面用低壓熱壁化學(xué)汽相淀積法淀積厚度為150nm的多晶硅作為柵極，其淀積溫度為600 700°C，壓強(qiáng)為60 80Pa，反應(yīng)氣體為硅烷和磷化氫，載運(yùn)氣體為氦氣；(10)在P+歐姆接觸區(qū)、N+源區(qū)以及整個(gè)碳化硅背面淀積Al/Ti合金，作為源極和漏極的接觸金屬層，然后在1100士50°C溫度下，氮?dú)鈿夥罩袑?duì)整個(gè)碳化硅退火3分鐘形成歐姆接觸電極。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于超級(jí)結(jié)的碳化硅MOSFET器件的制作方法，其中步驟⑵ 所涉及的ICP刻蝕工藝條件為ICP線圈功率850W，源功率100W，反應(yīng)氣體SF6和仏分別為 48sccm 禾口 12sccm0
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于超級(jí)結(jié)的碳化硅MOSFET器件的制作方法，其中步驟(5) 所涉及的離子注入，工藝條件為注入溫度500°C，離子激活退火溫度1750°C，退火時(shí)間IOmin0
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于超級(jí)結(jié)的碳化硅MOSFET器件的制作方法，其中步驟(6) 所涉及的離子注入，工藝條件為注入溫度650°C，離子激活退火溫度1750°C，退火時(shí)間 IOmin0
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于超級(jí)結(jié)的碳化硅MOSFET器件的制作方法，其中步驟(7) 所涉及的離子注入，工藝條件為注入溫度500°C，離子激活退火溫度1750°C，退火時(shí)間 IOmin0
9.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于超級(jí)結(jié)的碳化硅MOSFET器件的制作方法，其中步驟⑶ 所涉及的氧化工藝條件為干氧氧化溫度1200°C，濕氧氧化溫度950°C。
10.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于超級(jí)結(jié)的碳化硅MOSFET器件的制作方法，其中步驟 (10)所涉及的Al/Ti合金，厚度為300nm/100nm。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于超級(jí)結(jié)的碳化硅MOSFET器件，主要解決現(xiàn)有技術(shù)中碳化硅MOSFET器件在低導(dǎo)通電阻時(shí)擊穿電壓難以提高的問(wèn)題。它包括柵極(1)、SiO2氧化物介質(zhì)(2)、源極(3)、N+源區(qū)(4)、P+接觸區(qū)(5)、P阱(6)、JFET區(qū)(7)、N-外延層(9)、N+襯底(10)和漏極(11)，其中N-外延層(9)的兩側(cè)，且在P阱(6)的正下方設(shè)有厚度為0.5～5μm，鋁離子摻雜濃度為5×1015～1×1016cm-3的P-基(8)，以使P阱(6)和JFET區(qū)(7)拐點(diǎn)處的電場(chǎng)分布能更加均勻，提高器件的擊穿電壓。本發(fā)明器件具有導(dǎo)通電阻低、擊穿電壓高、開關(guān)反應(yīng)速度快和功耗低的優(yōu)點(diǎn)，可用于大功率電氣設(shè)備、太陽(yáng)能發(fā)電模塊以及混合燃料電動(dòng)車。
文檔編號(hào)H01L29/06GK102227000SQ20111016928
公開日2011年10月26日 申請(qǐng)日期2011年6月23日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月23日
發(fā)明者元磊, 張義門, 張玉明, 楊飛, 湯曉燕, 王文 申請(qǐng)人:西安電子科技大學(xué)