[go: up one dir, main page]

CN115020479B - 一种耗尽型碳化硅双极器件结构及制作方法 - Google Patents

一种耗尽型碳化硅双极器件结构及制作方法 Download PDF

Info

Publication number
CN115020479B
CN115020479B CN202210952812.0A CN202210952812A CN115020479B CN 115020479 B CN115020479 B CN 115020479B CN 202210952812 A CN202210952812 A CN 202210952812A CN 115020479 B CN115020479 B CN 115020479B
Authority
CN
China
Prior art keywords
type
layer
region
contact region
silicon carbide
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202210952812.0A
Other languages
English (en)
Other versions
CN115020479A (zh
Inventor
陈显平
钱靖
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Chongqing Pingchuang Semiconductor Research Institute Co ltd
Shenzhen Pingchuang Semiconductor Co ltd
Original Assignee
Chongqing Pingchuang Semiconductor Research Institute Co ltd
Shenzhen Pingchuang Semiconductor Co ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Chongqing Pingchuang Semiconductor Research Institute Co ltd, Shenzhen Pingchuang Semiconductor Co ltd filed Critical Chongqing Pingchuang Semiconductor Research Institute Co ltd
Priority to CN202210952812.0A priority Critical patent/CN115020479B/zh
Publication of CN115020479A publication Critical patent/CN115020479A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN115020479B publication Critical patent/CN115020479B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10DINORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
    • H10D12/00Bipolar devices controlled by the field effect, e.g. insulated-gate bipolar transistors [IGBT]
    • H10D12/411Insulated-gate bipolar transistors [IGBT]
    • H10D12/441Vertical IGBTs
    • H10D12/491Vertical IGBTs having both emitter contacts and collector contacts in the same substrate side
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10DINORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
    • H10D12/00Bipolar devices controlled by the field effect, e.g. insulated-gate bipolar transistors [IGBT]
    • H10D12/01Manufacture or treatment
    • H10D12/031Manufacture or treatment of IGBTs
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10DINORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
    • H10D62/00Semiconductor bodies, or regions thereof, of devices having potential barriers
    • H10D62/10Shapes, relative sizes or dispositions of the regions of the semiconductor bodies; Shapes of the semiconductor bodies
    • H10D62/102Constructional design considerations for preventing surface leakage or controlling electric field concentration
    • H10D62/103Constructional design considerations for preventing surface leakage or controlling electric field concentration for increasing or controlling the breakdown voltage of reverse-biased devices
    • H10D62/105Constructional design considerations for preventing surface leakage or controlling electric field concentration for increasing or controlling the breakdown voltage of reverse-biased devices by having particular doping profiles, shapes or arrangements of PN junctions; by having supplementary regions, e.g. junction termination extension [JTE] 
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10DINORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
    • H10D62/00Semiconductor bodies, or regions thereof, of devices having potential barriers
    • H10D62/10Shapes, relative sizes or dispositions of the regions of the semiconductor bodies; Shapes of the semiconductor bodies
    • H10D62/124Shapes, relative sizes or dispositions of the regions of semiconductor bodies or of junctions between the regions
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10DINORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
    • H10D62/00Semiconductor bodies, or regions thereof, of devices having potential barriers
    • H10D62/80Semiconductor bodies, or regions thereof, of devices having potential barriers characterised by the materials
    • H10D62/83Semiconductor bodies, or regions thereof, of devices having potential barriers characterised by the materials being Group IV materials, e.g. B-doped Si or undoped Ge
    • H10D62/832Semiconductor bodies, or regions thereof, of devices having potential barriers characterised by the materials being Group IV materials, e.g. B-doped Si or undoped Ge being Group IV materials comprising two or more elements, e.g. SiGe
    • H10D62/8325Silicon carbide
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02BCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B70/00Technologies for an efficient end-user side electric power management and consumption
    • Y02B70/10Technologies improving the efficiency by using switched-mode power supplies [SMPS], i.e. efficient power electronics conversion e.g. power factor correction or reduction of losses in power supplies or efficient standby modes

Landscapes

  • Electrodes Of Semiconductors (AREA)
  • Bipolar Transistors (AREA)

Abstract

本发明涉及功率半导体技术领域,具体提供一种耗尽型碳化硅双极器件结构及制作方法,耗尽型碳化硅双极器件结构包括前级部分和后级部分,前级部分为碳化硅JFET结构;后级部分位于本器件结构的下部,在后级部分中,N+型衬底层、N+离子注入区、肖特基金属接触区和集电极金属层形成肖特基二极管结构;N+型衬底层、P+离子注入区、欧姆接触区和集电极金属层形成PN结二极管结构,并且肖特基二极管结构和PN结二极管结构沿集电极金属层的长度方向相间布置。兼具PN结二极管的电导调制效应及肖特基二极管的低导通损耗及快反向恢复能力,能够降低本发明的导通电阻。

Description

一种耗尽型碳化硅双极器件结构及制作方法
技术领域
本发明涉及功率半导体技术领域,尤其涉及一种耗尽型碳化硅双极器件结构及制作方法。
背景技术
碳化硅(SiC),是新型宽禁带半导体材料,以其制作的器件具有耐高温、抗辐射、开关速度快、工作频率高的优点,在高压功率半导体技术领域应用广泛。碳化硅材料虽然能够大幅提升半导体器件的性能,但是在器件设计和工艺上仍然存在非常多的挑战,如栅氧可靠性、沟槽工艺、欧姆接触等。
近年来,SiC MOSFET器件产品陆续出现在功率半导体市场中,因具有较低的导通电阻以及较快的开关速度,在新能源汽车、光伏太阳能逆变器等领域有广阔的应用前景。SiC MOSFET作为单极型器件,MOSFET的漂移区电阻随阻断电压成平方关系增加,阻断电压在10kV及以上时,SiC MOSFET的导通电阻会由于其单极特性而迅速提高,在高压大电流领域的应用受到限制。
沟槽型SiC MOSFET虽然比平面SiC MOSFET减少FET区域的电阻,但由于碳化硅栅氧层材料薄膜生长工艺不成熟,特别是在高压MOSFET器件结构中,栅氧层质量对器件的载流子迁移率以及栅氧可靠性有非常重要的影响。耐压能力在10kV及以上的沟槽栅SiCMOSFET器件目前仍然没有被开发出来,主要原因为:在10kV及以上高压条件下,SiC栅氧层质量非常不可靠,沟槽栅结构下的栅氧所承受的电场远高于材料的临界击穿场强,因此现有的SiC功率器件在高压条件下可靠性低。
另外,由于IGBT结构在导通条件下PN结的电导调制效应,使IGBT器件在大电流导通状态下的仍具有较低的导通电阻,因此IGBT结构在解决高压大电流的方面有较大的优势。SiC IGBT可轻松实现10kV及以上的耐压能力,在高压电网、轨道交通等高压电力输送领域有重要应用前景。但是对于SiC IGBT器件而言,由于SiC的PN结导通压降约为2.7V,在大电流的条件下,SiC IGBT仍具有较高的导通损耗,并且SiC IGBT在应用过程中需要反并联外接一个快恢复二极管,器件成本高,可靠性低。
发明内容
本发明的目的在于解决背景技术中的至少一个技术问题,提供一种耗尽型碳化硅双极器件结构及制作方法。
为实现上述发明目的,本发明提供一种耗尽型碳化硅双极器件结构,包括:
N型缓冲层;
N-型漂移层,形成在所述N型缓冲层上,并且其远离所述N型缓冲层的一侧具有两个对称的沟槽结构;
P型掺杂区,形成在所述N-型漂移层的两个所述沟槽结构的侧壁和底部;
P+欧姆接触区,形成在所述P型掺杂区上;
N+欧姆接触区,形成在所述N-型漂移层和所述P型掺杂区上;
绝缘介质层,形成在所述 P型掺杂区的侧壁上;
栅极金属层,形成在所述P+欧姆接触区上;
发射极金属层,形成在所述所述N+欧姆接触区上;
还包括:
N+型衬底层;
N+离子注入区,形成在所述N+型衬底层下方;
P+离子注入区,所述P+离子注入区和所述N+离子注入区沿所述N+型衬底层的长度方向相间地形成在所述N+型衬底层下方;
肖特基金属接触区,对应形成在所述N+离子注入区下方;
欧姆接触区,对应形成在所述P+离子注入区下方;
集电极金属层,形成在所述肖特基金属接触区和所述欧姆接触区的下方。
根据本发明的一个方面,所述集电极金属层由金属Ti、Ni或Ag形成。
根据本发明的一个方面,所述肖特基金属接触区由金属材料Ti、Pt、Sb、Co或Mo形成。
根据本发明的一个方面,所述N+型衬底层的厚度为50-200μm。
根据本发明的一个方面,所述N型缓冲层的厚度为0.5-2μm。
根据本发明的一个方面,所述N-型漂移层的厚度为3-150μm。
根据本发明的一个方面,所述P型掺杂区为P型参杂SiC层,通过离子注入Al离子形成。
根据本发明的一个方面,所述绝缘介质层由SiO2、SiN或HfO形成。
根据本发明的一个方面,所述栅极金属层和所述发射极金属层均由金属Al形成。
为实现上述目的,本发明还提供一种制备上述耗尽型碳化硅双极器件结构的方法,包括:
S01,在N+型衬底层上外延所述N型缓冲层,在所述N型缓冲层上外延所述N-型漂移层;
S02,在所述N-型漂移层蚀刻出沟槽结构,并在所述沟槽结构的侧壁和底部注入高能Al离子,形成所述P型掺杂区;
S03,在所述N-型漂移层上注入N型离子,形成N+欧姆接触区;
S04,在所述P型掺杂区上注入P型离子,形成所述P+欧姆接触区;
S05,分别对所述N-型漂移层和所述P型掺杂区离子注入后,对器件进行高温退火,退火温度为1600℃至2000℃;
S06,在所述沟槽结构的侧壁生长所述绝缘介质层;
S07,分别在所述P+欧姆接触区上和所述N+欧姆接触区上淀积金属Al形成所述栅极金属层和所述发射极金属层;
S08,对所述N+型衬底层远离所述N型缓冲层的一侧进行减薄;
S09,对所述N+型衬底层远离所述N型缓冲层的一侧注入P型离子,形成所述P+离子注入区,所述N+型衬底层上未注入P+型离子的部分形成所述N+离子注入区;
S10,在所述N+离子注入区远离所述N型缓冲层的一侧沉积肖特基金属材料,形成所述肖特基金属接触区,在所述P+离子注入区远离所述N型缓冲层的一侧做欧姆接触形成所述欧姆接触区;
S11,在所述肖特基金属接触区和所述欧姆接触区远离所述N型缓冲层的一侧沉积金属材料形成所述集电极金属层。
根据本发明的方案,本发明包括前级部分和后级部分,前级部分位于本器件结构的上部,前级部分包括N型缓冲层、N-型漂移层、 P型掺杂区、P+欧姆接触区、N+欧姆接触区、绝缘介质层、栅极金属层和发射极金属层在内的碳化硅JFET结构;后级部分位于本器件结构的下部,后级部分包括N+型衬底层、集电极金属层、欧姆接触区、肖特基金属接触区、N+离子注入区、P+离子注入区,在后级部分中,N+型衬底层、N+离子注入区、肖特基金属接触区和集电极金属层形成肖特基二极管结构;N+型衬底层、P+离子注入区、欧姆接触区和集电极金属层形成PN结二极管结构,并且肖特基二极管结构和PN结二极管结构沿集电极金属层的长度方向相间布置。其中N型缓冲层与N+型衬底层连接,用于串联前级部分和后级部分。在前级部分引入碳化硅JFET结构,使本发明具备碳化硅JFET结构的高耐压和低导通损耗的优点。
根据本发明的方案,本发明的前级部分引入碳化硅JFET结构,利用碳化硅JFET可实现多级串联的特性,实现了碳化硅JFET结构、肖特基二极管结构和PN结二极管结构的多级组合设计,并且不会引入较大的串联电阻。
根据本发明的方案,本发明前级部分引入了碳化硅JFET结构的基础上,后级部分采用肖特基二极管结构和PN结二极管结构的组合设计,利用碳化硅JFET的常开特性,可有效降低器件的沟道电阻。进一步地,在碳化硅JFET结构的底部引入肖特基二极管结构及PN结二极管结构的横向交替式排列设计,兼具PN结二极管的电导调制效应及肖特基二极管的低导通损耗及快反向恢复能力,能够进一步降低本发明的导通电阻。
根据本发明的方案,本发明在低电压导通状态下,肖特基二极管结构导通,并且肖特基二极管结构作为主要的电流通道;在器件的集电极金属层-发射极金属层两端电压超过SiC PN结的开启电压,PN结二极管结构导通,对本发明进行电导调控,进一步降低本发明的导通电阻。同时,通过本发明上述结构的设计,简化双极型功率开关器件如IGBT需要外接反并联二极管的设计,在提升器件动态性能的同时,进一步降低了器件的成本。
附图说明
图1示意性表示根据本发明的一种实施方式的实施方式的耗尽型碳化硅双极器件结构图;
图2示意性表示本发明在较低电压下的导通电流流向;
图3示意性表示本发明在较高电压(VCE>2.7V)下的导通电流流向;
图4、图5、图6和图7分别表示在制备该耗尽型碳化硅双极器件结构的不同状态下的结构图;
图8示意性表示根据本发明的另一种实施方式的实施方式的耗尽型碳化硅双极器件结构图;
图中:100-前级部分;
110-N型缓冲层,120-N-型漂移层,121-沟槽结构,122-P型掺杂区,123-N+欧姆接触区,124-P+欧姆接触区,130-绝缘介质层,140-栅极金属层,150-发射极金属层;
200-后级部分;
210-肖特基二极管结构,211-N+离子注入区,212-肖特基金属接触区,220-PN结二极管结构,221-P+离子注入区,222-欧姆接触区,230-集电极金属层,240-N+型衬底层。
具体实施方式
现在将参照示例性实施例来论述本发明的内容。应当理解,论述的实施例仅是为了使得本领域普通技术人员能够更好地理解且因此实现本发明的内容,而不是暗示对本发明的范围的任何限制。
如本文中所使用的,术语“包括”及其变体要被解读为意味着“包括但不限于”的开放式术语。术语“基于”要被解读为“至少部分地基于”。术语“一个实施例”和“一种实施例”要被解读为“至少一个实施例”。
图1示意性表示根据本发明的一种实施方式的耗尽型碳化硅双极器件结构图。如图1所示,在本实施例方式中耗尽型碳化硅双极器件结构,包括前级部分100和后级部分200,前级部分100位于本器件结构的上部,前级部分100包括N型缓冲层110、N-型漂移层120、P型掺杂区122、P+欧姆接触区124、N+欧姆接触区123、绝缘介质层130、栅极金属层140和发射极金属层150在内的碳化硅JFET结构,具体地,由下到上依次为N型缓冲层110,N-型漂移层120,位于N-型漂移层120的两侧的P型掺杂区122、P+欧姆接触区124、绝缘介质层130,以及栅极金属层140,顶部是N+欧姆接触区123和发射极金属层150。在前级部分100引入碳化硅JFET结构,使本发明具备碳化硅JFET结构的高耐压和低导通损耗的优点。
如图1所示,后级部分200位于本器件结构的下部,后级部分200由上到下依次为:N+型衬底层240、N+离子注入区211和P+离子注入区221、欧姆接触区222和肖特基金属接触区212、集电极金属层230,在后级部分200中,N+型衬底层240、N+离子注入区211、肖特基金属接触区212和集电极金属层230形成肖特基二极管结构210;N+型衬底层240、P+离子注入区221、欧姆接触区222和集电极金属层230形成PN结二极管结构220,并且肖特基二极管结构210和PN结二极管结构220沿集电极金属层230的长度方向相间布置。其中N型缓冲层110和N+型衬底层240连接,用于串联前级部分100和后级部分200。本发明的前级部分100引入碳化硅JFET结构,利用碳化硅JFET可实现多级串联的特性,实现了碳化硅JFET结构、肖特基二极管结构210和PN结二极管结构220的多级组合设计,并且不会引入较大的串联电阻。后级部分200采用肖特基二极管结构210和PN结二极管结构220的组合设计,利用碳化硅JFET的常开特性,可有效降低器件的沟道电阻。进一步地,在碳化硅JFET结构的底部引入肖特基二极管结构210及PN结二极管结构220的横向交替式排列设计。由于PN结二极管在导通之后,会有少数空穴载流子注入到N-型漂移层120,产生电导调制效应,可大幅降低器件的导通电阻。此外,肖特基二极管是单极器件,且器件正向开启电压小,因此具有低导通损耗及快反向恢复能力。本发明利用PN结二极管与肖特基二极管的组合,兼具PN结二极管的电导调制效应及肖特基二极管的低导通损耗及快反向恢复能力,能够进一步降低本发明的导通电阻。
在本发明的一些实施例中,如图1所示,耗尽型碳化硅双极器件结构包括前级部分100和后级部分200,前级部分100为碳化硅JFET结构,后级部分200由上到下依次为:N+型衬底层240、N+离子注入区211和P+离子注入区221、欧姆接触区222和肖特基金属接触区212、集电极金属层230;N+型衬底层240、P+离子注入区221、欧姆接触区222和集电极金属层230形成PN结二极管结构220,N+型衬底层240、N+离子注入区211、肖特基金属接触区212、集电极金属层230形成特基二极管结构210,其中两个肖特基二极管结构210分别位于PN结二极管结构220的两侧。
在本发明的一些实施例中,如图8所示,耗尽型碳化硅双极器件结构包括前级部分100和后级部分200,前级部分100为碳化硅JFET结构,后级部分200由上到下依次为:N+型衬底层240、N+离子注入区211和P+离子注入区221、欧姆接触区222和肖特基金属接触区212、集电极金属层230;在后级部分200中,N+型衬底层240、N+离子注入区211、肖特基金属接触区212和集电极金属层230形成肖特基二极管结构210;N+型衬底层240、P+离子注入区221、欧姆接触区222和集电极金属层230形成PN结二极管结构220,其中,多个肖特基二极管结构210和多个PN结二极管结构220沿集电极金属层230的长度方向相间布置。
如图2所示,本发明在低电压导通状态下,肖特基二极管结构210导通,并且肖特基二极管结构210作为主要的电流通道。电流从集电极金属层230经肖特基金属接触区212、N+离子注入区211、N+型衬底层240、N型缓冲层110、N-型漂移层120、N+欧姆接触区123导到发射极金属层150。
如图3所示,在器件的集电极金属层230-发射极金属层150两端电压超过SiC PN结的开启电压,即2.7V左右,PN结二极管结构220导通,对本发明进行电导调控,进一步降低本发明的导通电阻。电流从集电极金属层230分别经肖特基金属接触区212、N+离子注入区211和欧姆接触区222、P+离子注入区221汇入N+型衬底层240,再经N型缓冲层110、N-型漂移层120、N+欧姆接触区123导到发射极金属层150。同时,通过本发明上述结构的设计,简化双极型功率开关器件如IGBT需要外接反并联二极管的设计,在提升器件动态性能的同时,进一步降低了器件的成本。
具体的,在本实施方式中,集电极金属层230由金属Ti、Ni或Ag形成,形成集电极导电。
肖特基金属接触区212通过沉积肖特基金属材料,包括但不限于Ti、Pt、Sb、Co或Mo形成。
N+型衬底层(240)的厚度为50-200μm。
N型缓冲层110的厚度为0.5-2μm。
N-型漂移层120的厚度为3-150μm。
P型掺杂区122为P型参杂SiC层,通过离子注入Al离子形成。
绝缘介质层130由SiO2、SiN或HfO形成。
栅极金属层140和发射极金属层150通过淀积金属Al形成,形成栅极导电或发射极导电。
进一步地,为了实现上述目的,本发明还提供一种制备上述耗尽型碳化硅双极器件结构的方法,图4、图5、图6和图7分别表示在制备该耗尽型碳化硅双极器件结构的不同状态下的结构图,结合图4至图7所示,上述方法包括以下步骤:
S01, 如图4所示,在N+型衬底层240上外延N型缓冲层110,在N型缓冲层110上外延N-型漂移层120,N+型衬底层240的掺杂浓度为C1, N型缓冲层110的掺杂浓度为C2, N-型漂移层120的掺杂浓度为C3;N+型衬底层240、N型缓冲层110和N-型漂移层120均为N型掺杂;其中,C1>1e19 cm-3,e18 cm-3≤C2≤1e19 cm-3,1e14 cm-3≤C3<1e18 cm-3;N型缓冲层110的厚度为0.5-2μm,N-型漂移层120的厚度为3-150μm;
S02, 如图5所示,在N-型漂移层120蚀刻出沟槽结构121,并在沟槽结构121的侧壁和底部注入高能Al离子,形成P型掺杂区122,其中P型掺杂区122的注入能量为100 keV至800 keV,注入剂量为1e11 cm-3至1e14 cm-3
S03, 如图5所示,在N-型漂移层120上注入N型离子,形成N+欧姆接触区123,其中,N+欧姆接触区123采用N离子注入,注入能量为30keV至200keV,注入剂量为1e12 cm-3至1e15cm-3
S04, 如图5所示,在P型掺杂区122上注入P型离子,形成P+欧姆接触区124,其中,P+欧姆接触区124采用垂直和倾斜Al离子注入相结合,注入能量为30 keV至200 keV,注入剂量为1e12 cm-3至1e15 cm-3
S05, 如图5所示,分别对N-型漂移层120和P型掺杂区122离子注入后,对器件进行高温退火,退火温度为2400℃至2000℃,退火时间5分钟至100分钟;
S06, 如图5所示,在沟槽结构121的侧壁生长绝缘介质层130,生长方式包括化学气相沉积和热氧生长,绝缘介质层130材料包括但不限于SiO2、SiN、HfO等,进一步地,在完成生长绝缘介质层130后需要去除侧壁以外多余的绝缘介质;
S07, 如图5所示,分别在P+欧姆接触区124上和N+欧姆接触区123上淀积金属Al形成栅极金属层140和发射极金属层150;
S08, 如图6所示,对N+型衬底层240远离N型缓冲层110的一侧进行减薄,减薄后的N+型衬底层240的厚度为50-200μm。通过减薄工艺能够进一步地降低本发明的导通电阻。其中,N+型衬底层240减薄方式包括:化学蚀刻、机械抛光、研磨等方式,进一步地,在完成N+型衬底层240减薄后,还需要进行N+型衬底层240的损伤修复,修复方式为激光退火;
S09, 如图7所示,对N+型衬底层240远离N型缓冲层110的一侧通过掩膜阻挡,蚀刻出P型注入区221的位置,然后对P型注入区221的注入位置注入P型离子,形成P+离子注入区221,N+型衬底层240上未注入P+型离子的部分形成N+离子注入区211,其中P型离子的注入能量为400 keV至1000 keV,注入剂量在1e14 cm-3至5e15 cm-3,进一步地,离子注入完成后需要对P+离子注入区221进行快速激光退火,修复离子注入所造成的晶格损伤、激活掺杂杂质;
S10, 如图1所示,在N+离子注入区211远离N型缓冲层110的一侧沉积肖特基金属材料,形成肖特基金属接触区212,在P+离子注入区221远离N型缓冲层110的一侧做欧姆接触形成欧姆接触区222,其中沉积的肖特基金属材料包括但不限于Ti、Pt、Sb、Co、Mo等;
S11, 如图1所示,在肖特基金属接触区212和欧姆接触区222远离N型缓冲层110的一侧沉积金属材料形成集电极金属层230,其中沉积的金属材料为Ti、Ni或Ag。
最后说明的是,以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制,尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述,但本领域技术人员应当理解,可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变,而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。

Claims (10)

1.一种耗尽型碳化硅双极器件结构,包括:
N型缓冲层(110);
N-型漂移层(120),形成在所述N型缓冲层(110)上,并且其远离所述N型缓冲层(110)的一侧具有两个对称的沟槽结构(121);
P型掺杂区(122),形成在所述N-型漂移层(120)的两个所述沟槽结构(121)的侧壁和底部;
P+欧姆接触区(124),形成在所述P型掺杂区(122)上,位于所述沟槽结构(121)的底部;
N+欧姆接触区(123),位于所述N-型漂移层(120)和所述P型掺杂区(122)上,连接所述N-型漂移层(120)和所述P型掺杂区(122);
栅极金属层(140),形成在所述P+欧姆接触区(124)上;
绝缘介质层(130),形成在所述P型掺杂区(122)的侧壁上,用于分隔所述栅极金属层(140)和所述P型掺杂区(122);
发射极金属层(150),形成在所述N+欧姆接触区(123)上;
其特征在于,还包括:
N+型衬底层(240),形成在所述N型缓冲层(110)下方;
N+离子注入区(211),形成在所述N+型衬底层(240)下方;
P+离子注入区(221),所述P+离子注入区(221)和所述N+离子注入区(211)沿所述N+型衬底层(240)的长度方向相间地形成在所述N+型衬底层(240)下方;
肖特基金属接触区(212),对应形成在所述N+离子注入区(211)下方;
欧姆接触区(222),对应形成在所述P+离子注入区(221)下方;
集电极金属层(230),形成在所述肖特基金属接触区(212)和所述欧姆接触区(222)的下方。
2.根据权利要求1所述的耗尽型碳化硅双极器件结构,其特征在于,所述集电极金属层(230)由金属Ti、Ni或Ag形成。
3.根据权利要求1所述的耗尽型碳化硅双极器件结构,其特征在于,所述肖特基金属接触区(212)由金属材料Ti、Pt、Sb、Co或Mo形成。
4.根据权利要求1所述的耗尽型碳化硅双极器件结构,其特征在于,所述N+型衬底层(240)的厚度为50-200μm。
5.根据权利要求4所述的耗尽型碳化硅双极器件结构,其特征在于,所述N型缓冲层(110)的厚度为0.5-2μm。
6.根据权利要求4所述的耗尽型碳化硅双极器件结构,其特征在于,所述N-型漂移层(120)的厚度为3-150μm。
7.根据权利要求1所述的耗尽型碳化硅双极器件结构,其特征在于,所述P型掺杂区(122)为P型参杂SiC层,通过离子注入Al离子形成。
8.根据权利要求1所述的耗尽型碳化硅双极器件结构,其特征在于,所述绝缘介质层(130)由SiO2、SiN或HfO形成。
9.根据权利要求1所述的耗尽型碳化硅双极器件结构,其特征在于,所述栅极金属层(140)和所述发射极金属层(150)均由金属Al形成。
10.制备如权利要求1至9任一项所述的耗尽型碳化硅双极器件结构的方法,其特征在于,包括:
S01,在N+型衬底层(240)上外延所述N型缓冲层(110),在所述N型缓冲层(110)上外延所述N-型漂移层(120);
S02,在所述N-型漂移层(120)蚀刻出沟槽结构(121),并在所述沟槽结构(121)的侧壁和底部注入高能Al离子,形成所述P型掺杂区(122);
S03,在所述N-型漂移层(120)上注入N型离子,形成N+欧姆接触区(123);
S04,在P型掺杂区(122)上注入P型离子,形成P+欧姆接触区(124);
S05,分别对所述N-型漂移层(120)和所述P型掺杂区(122)进行以上的离子注入后,对器件进行高温退火,退火温度为1600℃至2000℃;
S06,在所述沟槽结构(121)的侧壁生长所述绝缘介质层(130);
S07,分别在所述P+欧姆接触区(124)上和所述N+欧姆接触区(123)上淀积金属Al形成所述栅极金属层(140)和所述发射极金属层(150);
S08,对所述N+型衬底层(240)远离所述N型缓冲层(110)的一侧进行减薄;
S09,对所述N+型衬底层(240)远离所述N型缓冲层(110)的一侧注入P型离子,形成所述P+离子注入区(221),所述N+型衬底层(240)上未注入P+型离子的部分形成所述N+离子注入区(211);
S10,在所述N+离子注入区(211)远离所述N型缓冲层(110)的一侧沉积肖特基金属材料,形成所述肖特基金属接触区(212),在所述P+离子注入区(221)远离所述N型缓冲层(110)的一侧做欧姆接触形成所述欧姆接触区(222);
S11,在所述肖特基金属接触区(212)和所述欧姆接触区(222)远离所述N型缓冲层(110)的一侧沉积金属材料形成所述集电极金属层(230)。
CN202210952812.0A 2022-08-10 2022-08-10 一种耗尽型碳化硅双极器件结构及制作方法 Active CN115020479B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210952812.0A CN115020479B (zh) 2022-08-10 2022-08-10 一种耗尽型碳化硅双极器件结构及制作方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210952812.0A CN115020479B (zh) 2022-08-10 2022-08-10 一种耗尽型碳化硅双极器件结构及制作方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN115020479A CN115020479A (zh) 2022-09-06
CN115020479B true CN115020479B (zh) 2022-11-11

Family

ID=83065541

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202210952812.0A Active CN115020479B (zh) 2022-08-10 2022-08-10 一种耗尽型碳化硅双极器件结构及制作方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN115020479B (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115274840A (zh) * 2022-09-29 2022-11-01 深圳芯能半导体技术有限公司 一种rc-igbt器件结构及其制备方法
CN116110796B (zh) * 2023-04-17 2023-06-13 深圳平创半导体有限公司 集成sbd的碳化硅sgt-mosfet及其制备方法

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4630092A (en) * 1984-06-04 1986-12-16 General Motors Corporation Insulated gate-controlled thyristor
JPH09321302A (ja) * 1995-11-06 1997-12-12 Toshiba Corp 半導体装置及びその保護方法
JP2010147182A (ja) * 2008-12-17 2010-07-01 Sumitomo Electric Ind Ltd エピタキシャルウエハの製造方法および半導体装置の製造方法
JP2016025256A (ja) * 2014-07-22 2016-02-08 株式会社Flosfia 半導体装置
CN106783851A (zh) * 2017-01-19 2017-05-31 北京世纪金光半导体有限公司 集成肖特基二极管的SiCJFET器件及其制作方法
CN109742135A (zh) * 2018-12-03 2019-05-10 北京大学深圳研究生院 一种碳化硅mosfet器件及其制备方法
CN213459736U (zh) * 2020-09-21 2021-06-15 芜湖启源微电子科技合伙企业(有限合伙) 一种SiC IGBT器件
CN114220844A (zh) * 2021-12-15 2022-03-22 株洲中车时代半导体有限公司 集成sbd的碳化硅mosfet器件及其制备方法
CN114551589A (zh) * 2022-04-26 2022-05-27 安建科技(深圳)有限公司 一种功率半导体器件及其制备方法

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3489426B2 (ja) * 1998-02-27 2004-01-19 株式会社豊田中央研究所 半導体装置
US7928509B2 (en) * 2009-05-21 2011-04-19 Richtek Technology Corporation Integrated JFET and schottky diode
CN104681432A (zh) * 2013-12-03 2015-06-03 江苏中科物联网科技创业投资有限公司 半导体器件制作方法
US12176423B2 (en) * 2020-12-01 2024-12-24 Wolfspeed, Inc. FinFET power semiconductor devices

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4630092A (en) * 1984-06-04 1986-12-16 General Motors Corporation Insulated gate-controlled thyristor
JPH09321302A (ja) * 1995-11-06 1997-12-12 Toshiba Corp 半導体装置及びその保護方法
JP2010147182A (ja) * 2008-12-17 2010-07-01 Sumitomo Electric Ind Ltd エピタキシャルウエハの製造方法および半導体装置の製造方法
JP2016025256A (ja) * 2014-07-22 2016-02-08 株式会社Flosfia 半導体装置
CN106783851A (zh) * 2017-01-19 2017-05-31 北京世纪金光半导体有限公司 集成肖特基二极管的SiCJFET器件及其制作方法
CN109742135A (zh) * 2018-12-03 2019-05-10 北京大学深圳研究生院 一种碳化硅mosfet器件及其制备方法
CN213459736U (zh) * 2020-09-21 2021-06-15 芜湖启源微电子科技合伙企业(有限合伙) 一种SiC IGBT器件
CN114220844A (zh) * 2021-12-15 2022-03-22 株洲中车时代半导体有限公司 集成sbd的碳化硅mosfet器件及其制备方法
CN114551589A (zh) * 2022-04-26 2022-05-27 安建科技(深圳)有限公司 一种功率半导体器件及其制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN115020479A (zh) 2022-09-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109192772B (zh) 一种沟槽型绝缘栅双极晶体管及其制备方法
US7282753B2 (en) Vertical conducting power semiconducting devices made by deep reactive ion etching
CN111312802B (zh) 低开启电压和低导通电阻的碳化硅二极管及制备方法
CN108122971B (zh) 一种rc-igbt器件及其制备方法
CN107623027A (zh) 一种沟槽栅电荷储存型绝缘栅双极型晶体管及其制造方法
CN110504310B (zh) 一种具有自偏置pmos的ret igbt及其制作方法
CN110600537B (zh) 一种具有pmos电流嵌位的分离栅cstbt及其制作方法
CN115020479B (zh) 一种耗尽型碳化硅双极器件结构及制作方法
CN105206656A (zh) 一种逆导型igbt器件
CN114300543B (zh) 一种电子抽取型续流二极管器件及其制备方法
CN109166917B (zh) 一种平面型绝缘栅双极晶体管及其制备方法
CN107731898A (zh) 一种cstbt器件及其制造方法
CN105742346A (zh) 双分裂沟槽栅电荷存储型rc-igbt及其制造方法
CN114551586B (zh) 集成栅控二极管的碳化硅分离栅mosfet元胞及制备方法
CN107731899A (zh) 一种具有拑位结构的沟槽栅电荷储存型igbt器件及其制造方法
CN113838916A (zh) 一种具有pmos电流嵌位的分离栅cstbt及其制作方法
CN116759461A (zh) 一种高温稳定性的功率mosfet器件及其制备方法
CN114823911A (zh) 集成高速续流二极管的沟槽碳化硅mosfet及制备方法
CN103383957A (zh) 一种逆导型igbt器件
CN110518058A (zh) 一种横向沟槽型绝缘栅双极晶体管及其制备方法
CN107305909A (zh) 一种逆导型igbt背面结构及其制备方法
CN109065608B (zh) 一种横向双极型功率半导体器件及其制备方法
CN108155230B (zh) 一种横向rc-igbt器件及其制备方法
CN110416295B (zh) 一种沟槽型绝缘栅双极晶体管及其制备方法
CN117878142A (zh) 一种集成肖特基二极管的平面栅型mosfet及其制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant