基于有源区沟槽结构的碳化硅双极型晶体管及其制作方法技术

本发明专利技术公开了基于有源区沟槽结构的碳化硅双极型晶体管及其制作方法，属于微电子技术领域。可以解决现有的碳化硅双极型晶体管存在薄基区结构可能会导致低的击穿电压的问题。包括：N+发射区，设置在所述基区上表面，包括呈倾斜槽型的器件沟槽，呈垂直槽型的发射区台面和器件隔离区；基极P+注入区，设置在所述发射区台面下表面，且位于所述基区内；所述器件沟槽设置在所述N+发射区，且延伸至所述N‑集电区上部；所述器件隔离区设置在所述基区，且延伸至所述N‑集电区上部。

Silicon carbide bipolar transistor based on active area trench structure and manufacturing method thereof

The invention discloses a silicon carbide bipolar transistor based on an active area trench structure and a manufacturing method thereof, belonging to the field of microelectronic technology. The existing SiC bipolar transistors can solve the problem that the thin substrate structure may lead to low breakdown voltage. Including: N+ launch area, set on the surface of the base, including a inclined groove groove device, a vertical groove emitter mesa and a device isolation region; the base of P+ injection, arranged in the launch area under the table surface, and is located in the base area of the channel; slot set to launch in the N+ area, and extend to the N collector part; the device isolation area is arranged in the base region, and extend to the upper collector N.

【技术实现步骤摘要】
基于有源区沟槽结构的碳化硅双极型晶体管及其制作方法
本专利技术属于微电子
，涉及半导体器件，特别是基于有源区沟槽结构的碳化硅双极型晶体管及其制作方法。
技术介绍
随着电力电子技术的快速发展，大功率半导体器件的需求越来越显著。由于材料的限制，传统的硅器件特性已经到达它的理论极限，碳化硅是最近十几年来迅速发展起来的宽禁带半导体材料，它具有宽禁带、高热导率、高载流子饱和迁移率、高功率密度等优点，能够适用于大功率、高温及抗辐照等应用领域。其中，基于氧化层的MOSFET(英文为：Metal-Oxide-SemiconductorField-EffectTransistor，中文简称：半导体场效晶体管)的开关器件的电流处置能力较小，同时不适合高温环境(200-350℃)的应用。碳化硅双极型晶体管属于常关的双极型载流子器件，它避开了碳化硅MOSFET遇到的栅氧问题，理论工作温度能达到500℃以上。同时，和其他开关器件相比，其制作工艺比较成熟。已在开关稳压电源、电能转换、汽车电子以及功率放大器等方面取得了广泛的应用。然而，碳化硅双极型晶体管的研制仍然存在很多问题。作为电流驱动开关器件，为了减少驱动电路的功率损耗，提高BJTs的电流增益很重要。在过去十年里，已经报道了一些增加电流增益的方法：例如双基极外延层，薄的基区结构，DLP热氧化以及超结晶体管。然而，双基极结构需要额外的外延生长和精密的刻蚀工艺，薄基区结构可能会导致低的击穿电压。因此，没有一个实际的新型结构可以同时提高器件性能并且易于制造。综上所述，现有的碳化硅双极型晶体管存在薄基区结构可能会导致低的击穿电压的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对上述存在的问题，提成基于有源区沟槽结构的碳化硅双极型晶体管及其制作方法，以提高器件电流增益，同时提高击穿电压。本专利技术实施例提供基于有源区沟槽结构的碳化硅双极型晶体管，包括：N+衬底；N-集电区，设置在所述N+衬底上表面；基区，设置在所述N-集电区上表面；N+发射区，设置在所述基区上表面，包括呈倾斜槽型的器件沟槽，呈垂直槽型的发射区台面和器件隔离区；基极P+注入区，设置在所述发射区台面下表面，且位于所述基区内；所述器件沟槽设置在所述N+发射区，且延伸至所述N-集电区上部；所述器件隔离区设置在所述基区，且延伸至所述N-集电区上部；氧化层，设置在所述N+发射区，所述发射区台面和所述器件隔离区上表面，覆盖所述器件沟槽，并且在所述发射区台面和所述N+发射区开设有接触孔；基极接触金属，设置在所述基极P+注入区上表面，且位于所述发射区台面内，两侧分别与所述氧化层相连；发射极接触金属，分别设置在覆盖所述氧化层的器件沟槽上表面，所述器件隔离区上表面以及与所述器件隔离区相邻的所述发射区台面上表面；所述器件沟槽上表面设置的所述发射极接触金属一侧与覆盖在所述发射区台面上的氧化层相连；集电极，位于所述N+衬底下表面。优选地，所述器件沟槽的深度介于3.6～5.1μm之间，底部宽度介于0.5～0.6μm之间，倾斜角度介于15°～30°之间。优选地，所述的氧化物为SiO2，且厚度为500nm。本专利技术实施例还提供基于有源区沟槽结构的碳化硅双极型晶体管制作方法，包括：采用ICP刻蚀工艺，对N+发射区进行刻蚀，分别形成发射区台面和侧壁倾斜的第一沟槽结构，其中，所述侧壁倾斜角度介于15°～30°之间，所述第一沟结构槽刻蚀深度介于1.6～2.1μm之间；采用ICP刻蚀工艺，对所述基区进行刻蚀，分别形成器件隔离槽和侧壁倾斜的第二沟槽结构，其中，所述侧壁倾斜角度介于15°～30°之间，所述第二沟槽结构刻蚀深度介于2～3μm之间，所述第一沟槽结构和所述第二沟槽结构组成器件沟槽；基区中进行多次离子注入，所述多次离子注入后的所述基区形成基极P+注入区；其中，所述多次离子注入的条件为，注入杂质为铝离子，注入深度为0.15μm，掺杂浓度1×1020cm-3，注入温度650℃。优选地，所述采用ICP刻蚀工艺，对所述基区进行刻蚀之前，还包括：在N+碳化硅衬底上生长厚度为6～7μm、氮离子掺杂浓度为3×1015～1×1016cm-3的N-集电区层；其中，所述N-集电区层的生长条件为：温度为1600℃，压力100mbar，反应气体包括硅烷和丙烷，载运气体为纯氢气，杂质源为液态氮气；在所述N-集电区外延生长厚度为0.6～0.8μm、铝离子掺杂浓度5×1016～5×1017cm-3的基区，其中，所述基区的生长条件为：温度为1600℃，压力100mbar，反应气体包括硅烷和丙烷，载运气体为纯氢气，杂质源为三甲基铝；在所述基区上生长厚度为1.5～2μm、氮离子掺杂浓度为1×1019～2×1019cm-3的N+发射区层；其中，所述N+发射区层的生长条件为：温度为1600℃，压力100mbar，反应气体包括硅烷和丙烷，载运气体为纯氢气，杂质源为液态氮气。本专利技术实施例中，提供了基于有源区沟槽结构的碳化硅双极型晶体管器件及其制作方法，由于增加了具有倾斜角度的有源区器件沟槽，增大了加速电子在基区输运的电场，从而提高了器件的基区传输效率和电流增益；由于在器件隔离区底部引入了场板终端保护结构，有效地缓解了此处的电场集中现象，使得器件击穿电压提高；同时，有源区沟槽结构与传统结构器件制造工艺兼容，无需额外制造步骤。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术实施例提供的基于有源区沟槽结构的碳化硅双极型晶体管结构示意图；图2A～图2I为本专利技术实施例提供的制作有源区沟槽结构的碳化硅双极型晶体管工艺示意图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。图1为本专利技术实施例提供的基于有源区沟槽结构的碳化硅双极型晶体管结构示意图，如图1所示，本专利技术实施例提供的基于有源区沟槽结构的碳化硅双极型晶体管，主要包括：N+衬底101，N-集电区102，基区103，N+发射区104，发射区台面105，器件沟槽，器件隔离区106，基极P+注入区107，氧化层108，基极接触金属109，集电极110，发射极接触金属111。以下结合图1，对本专利技术实施例提供的有源区沟槽结构的碳化硅双极型晶体管的具体结构进行详细介绍：位于集电极110上的N+衬底101，N-集电区102，设置在N+衬底101上表面；基区103，设置在N-集电区102上表面。具体地，N+发射区104，设置在基区103上表面，包括呈倾斜槽型的器件沟槽，呈垂直槽型的发射区台面105和器件隔离区106；进一步地，基极P+注入区107，设置在发射区台面105下表面，且位于基区103内；器件沟槽设置在N+发射区104，且延伸至N-集电区102上部；器件隔离106设置在N+发射区104，且延伸至N-集电区102上部。具体地，本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于有源区沟槽结构的碳化硅双极型晶体管器件，其特征在于，包括：N+衬底(101)；N‑集电区(102)，设置在所述N+衬底(101)上表面；基区(103)，设置在所述N‑集电区(102)上表面；N+发射区(104)，设置在所述基区(103)上表面，包括呈倾斜槽型的器件沟槽，呈垂直槽型的发射区台面(105)和器件隔离区(106)；基极P+注入区(107)，设置在所述发射区台面(105)下表面，且位于所述基区(103)内；所述器件沟槽设置在所述N+发射区(104)，且延伸至所述N‑集电区(102)上部；所述器件隔离区(106)设置在所述基区(103)，且延伸至所述N‑集电区(102)上部；氧化层(108)，设置在所述N+发射区(104)，所述发射区台面(105)和所述器件隔离区(106)上表面，覆盖所述器件沟槽，并且在所述发射区台面(105)和所述N+发射区(104)开设有接触孔；基极接触金属(109)，设置在所述基极P+注入区(107)上表面，且位于所述发射区台面(105)内，两侧分别与所述氧化层(108)相连；发射极接触金属(111)，分别设置在覆盖所述氧化层(108)的器件沟槽上表面，所述器件隔离区(106)上表面以及与所述器件隔离区(106)相邻的所述发射区台面(105)上表面；所述器件沟槽上表面设置的所述发射极接触金属(111)一侧与覆盖在所述发射区台面(105)上的氧化层(108)相连；集电极(110)，位于所述N+衬底(101)下表面。...

【技术特征摘要】
1.基于有源区沟槽结构的碳化硅双极型晶体管器件，其特征在于，包括：N+衬底(101)；N-集电区(102)，设置在所述N+衬底(101)上表面；基区(103)，设置在所述N-集电区(102)上表面；N+发射区(104)，设置在所述基区(103)上表面，包括呈倾斜槽型的器件沟槽，呈垂直槽型的发射区台面(105)和器件隔离区(106)；基极P+注入区(107)，设置在所述发射区台面(105)下表面，且位于所述基区(103)内；所述器件沟槽设置在所述N+发射区(104)，且延伸至所述N-集电区(102)上部；所述器件隔离区(106)设置在所述基区(103)，且延伸至所述N-集电区(102)上部；氧化层(108)，设置在所述N+发射区(104)，所述发射区台面(105)和所述器件隔离区(106)上表面，覆盖所述器件沟槽，并且在所述发射区台面(105)和所述N+发射区(104)开设有接触孔；基极接触金属(109)，设置在所述基极P+注入区(107)上表面，且位于所述发射区台面(105)内，两侧分别与所述氧化层(108)相连；发射极接触金属(111)，分别设置在覆盖所述氧化层(108)的器件沟槽上表面，所述器件隔离区(106)上表面以及与所述器件隔离区(106)相邻的所述发射区台面(105)上表面；所述器件沟槽上表面设置的所述发射极接触金属(111)一侧与覆盖在所述发射区台面(105)上的氧化层(108)相连；集电极(110)，位于所述N+衬底(101)下表面。2.如权利要求1所述的晶体管器件，其特征在于，所述器件沟槽的深度介于3.6～5.1μm之间，底部宽度介于0.5～0.6μm之间，倾斜角度介于15°～30°之间。3.如权利要求1所述的晶体管器件，其特征在于，所述的氧化物(108)为Si...

【专利技术属性】
技术研发人员：元磊，李钊君，宋庆文，汤晓燕，张艺蒙，张玉明，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61