一种整体型碳化硅达林顿管及其制作方法技术

本发明专利技术公开了一种整体型碳化硅达林顿管及其制作方法，属于微电子技术领域。可以解决现有的碳化硅达林顿管存在驱动管电流处置能力较小，且制作工艺复杂，导致成本比较高的问题。包括：N+发射区，设置在基区上表面，包括呈倾斜槽型的器件沟槽，呈垂直槽型的器件隔离区和呈垂直槽型的发射区台面；基极P+注入区，设置在发射区台面下表面，且位于基区内；器件沟槽设置在N+发射区，且延伸至N‑集电区上部；器件隔离区设置在N+发射区，且延伸至N‑集电区上部；隔离区注入层，设置在所述器件隔离区底部上表面。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于微电子
，涉及半导体器件，特别是一种整体型碳化硅达林顿管及其制作方法。
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：半导体场效应晶体管)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，现有的碳化硅达林顿管存在驱动管电流处置能力较小，且制作工艺复杂，导致成本比较高的问题。
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，提出一种整体型碳化硅达林顿管及其制作方法，以提高驱动管电流增益，同时使得工艺简单，降低成本。本专利技术实施例提供一种整体型高压碳化硅达林顿管，包括：N+衬底；N+缓冲层，设置在所述N+衬底上表面；N-集电区，设置在所述N+缓冲层上表面；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，呈垂直槽型的器件隔离区和呈垂直槽型的发射区台面；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N+发射区，且延伸至所述N-集电区上部；隔离区注入层，设置在所述器件隔离区底部上表面；氧化层，覆盖在所述器件沟槽上表面；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；发射极接触金属，设置在所述N+发射区上表面，且在覆盖在所述氧化层上表面；集电极，位于所述N+衬底下表面。优选地，以所述发射区台面中心为分界线，将所述发射区台面分为第一发射区台面和第二发射区台面，其中，所述第一发射区台面与所述器件隔离区之间的距离大于所述第二发射区台面与所述器件隔离区之间的距离；将所述第一发射区台面和所述器件沟槽区确定为驱动管，将所述第二发射区台面和与所述器件隔离区相接区域确定为输出管；所述驱动管的面积与所述输出管的面积比为1:5。优选地，所述器件沟槽的深度介于48～52μm之间，底部宽度为3μm，倾斜角度介于15°～30°之间。本专利技术实施例还提供一种整体型碳化硅达林顿管及其制作方法，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，第一隔离区和侧壁倾斜的第一沟槽结构；在基区中进行第一次离子注入，所述第一次离子注入后的所述基区形成基极p+注入区；采用ICP刻蚀工艺，对所述基区进行刻蚀，分别形成第二隔离区和侧壁倾斜的第二沟槽结构；所述第一沟槽结构和所述第二沟槽结构组成器件沟槽，所述第一隔离区和所述第二隔离区组成器件隔离区；在N-集电区中的所述器件隔离区底部进行第二次离子注入，所述第二次离子注入后的所述集电区形成隔离区注入层，其中，所述侧壁倾斜角度介于15°～30°之间，所述第一沟槽刻蚀深度介于1.8～3μm之间，所述第二沟槽结构刻蚀深度介于46.2～49μm之间，注入离子为铝离子，注入温度650℃；所述第一次离子注入深度为0.25μm，离子掺杂浓度1×1020cm-3，所述第二次离子注入深度为0.5μm，离子掺杂浓度1×1020cm-3。优选地，所述采用ICP刻蚀工艺，对N+发射区进行刻蚀之前，还包括：在N+衬底上生长厚度为3.5～6μm、氮离子掺杂浓度为8×1017～5×1018cm-3的N+缓冲层；在所述N+缓冲层上生长厚度为95～105μm、氮离子掺杂浓度为8×1013～6×1014cm-3的N-集电区层；在所述N-集电区外延生长厚度为0.8～1.2μm、铝离子掺杂浓度8×1016～8×1017cm-3的基区；在所述基区上生长厚度为1.5～2.7μm、氮离子掺杂浓度为8×1018～6×1019cm-3的N+发射区层；其中，所述N+缓冲层的生长条件为：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；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；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；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，提供了一种整体型碳化硅达林顿管及其制作方法，由于增加了侧壁倾斜的器件沟槽，以增大加速电子输运的电场，进一步提高驱动管电流增益；进一步地，由于驱动管与输出管是单片集成的，工艺简单，降低成本；同时，还可以通过控制器件沟槽的侧壁倾斜角度来提高驱动管的电流增益。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一种整体型高压碳化硅达林顿管结构示意图；图2A～图2K为本专利技术实施例提供的制作整体型高压碳化硅达林顿管工艺示意图。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一致集成式高压碳化硅达林顿管结构示意图，如图1所示，本专利技术实施例提供的一种集成式高压碳化硅达林顿管结构主要包括：发射极接触金属111、发射区105、氧化层109、基极接触金属110、基极P+注入区106、基区104、器件沟槽、发射台面区、器件隔离区107、N-集电区103、缓冲层102、N+衬底101和集电极112。以下结合图1，对本专利技术实施例提供的集成式高压碳化硅达林顿管的具体结构进行详细介绍：位于集电极112上的N+衬底101，N+缓冲层102，设置在N+衬底101上表面；N-集电区103，设置在N+缓冲层102上表面；基区104，设置本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种整体型高压碳化硅达林顿管，其特征在于，包括：N+衬底(101)；N+缓冲层(102)，设置在所述N+衬底(101)上表面；N‑集电区(103)，设置在所述N+缓冲层(102)上表面；基区(104)，设置在所述N‑集电区(103)上表面；N+发射区(105)，设置在所述基区(104)上表面，包括呈倾斜槽型的器件沟槽，呈垂直槽型的器件隔离区(107)和呈垂直槽型的发射区台面；基极P+注入区(106)，设置在所述发射区台面下表面，且位于所述基区(104)内；所述器件沟槽设置在所述N+发射区(105)，且延伸至所述N‑集电区(103)上部；所述器件隔离区(107)设置在所述N+发射区(105)，且延伸至所述N‑集电区(103)上部；隔离区注入层(108)，设置在所述器件隔离区(107)底部上表面；氧化层(109)，覆盖在所述器件沟槽上表面；基极接触金属(110)，设置在所述基极P+注入区(106)上表面，且位于所述发射区台面内；发射极接触金属(111)，设置在所述N+发射区(105)上表面，且在覆盖在所述氧化层(109)上表面；集电极(112)，位于所述N+衬底(101)下表面。

【技术特征摘要】
1.一种整体型高压碳化硅达林顿管，其特征在于，包括：N+衬底(101)；N+缓冲层(102)，设置在所述N+衬底(101)上表面；N-集电区(103)，设置在所述N+缓冲层(102)上表面；基区(104)，设置在所述N-集电区(103)上表面；N+发射区(105)，设置在所述基区(104)上表面，包括呈倾斜槽型的器件沟槽，呈垂直槽型的器件隔离区(107)和呈垂直槽型的发射区台面；基极P+注入区(106)，设置在所述发射区台面下表面，且位于所述基区(104)内；所述器件沟槽设置在所述N+发射区(105)，且延伸至所述N-集电区(103)上部；所述器件隔离区(107)设置在所述N+发射区(105)，且延伸至所述N-集电区(103)上部；隔离区注入层(108)，设置在所述器件隔离区(107)底部上表面；氧化层(109)，覆盖在所述器件沟槽上表面；基极接触金属(110)，设置在所述基极P+注入区(106)上表面，且位于所述发射区台面内；发射极接触金属(111)，设置在所述N+发射区(105)上表面，且在覆盖在所述氧化层(109)上表面；集电极(112)，位于所述N+衬底(101)下表面。2.如权利要求1所述的碳化硅达林顿管，其特征在于，以所述发射区台面中心为分界线，将所述发射区台面分为第一发射区台面和第二发射区台面，其中，所述第一发射区台面与所述器件隔离区(107)之间的距离大于所述第二发射区台面与所述器件隔离区(107)之间的距离；将所述第一发射区台面和所述器件沟槽区确定为驱动管，将所述第二发射区台面和与所述器件隔离区(107)相接区域确定为输出管；所述驱动管的面积与所述输出管的面积比为1:5。3.如权利要求1所述的碳化硅达林顿管，其特征在于，所述器件沟槽的深度介于48～52μm之间，底部宽度为3μm，倾斜角度介于15°～30°之间。4.一种整体型碳化硅达林顿管及其制作方法，其特征在于，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，第一隔离区和侧壁倾斜的第一沟槽结构；...

【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