一种超结碳化硅器件及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种超结碳化硅器件及其制备方法，所述制备方法包括在具有第一导电类型的碳化硅衬底的正面生长具有第一导电类型的第一外延层；在第一外延层内形成一个或多个沟槽；在沟槽内按照由下到上的顺序依次生长多个具有第二导电类型的第二外延层，直至完成所述沟槽的填充，形成超结结构。与现有技术相比，本发明专利技术提供的一种超结碳化硅器件及其制备方法，通过在沟槽内按照由下到上的顺序依次生长多个外延层直至完成沟槽的填充，形成超结结构，可以根据沟槽的深度调整外延层的数量，以及各外延层的厚度，从而实现对沟槽进行无缝隙填充，进而避免发生沟槽上方提前封口的问题，同时该制备方法工艺简单、成本低便于对超结碳化硅进行工业化生产。

Super junction silicon carbide device and preparation method thereof

The invention provides a super junction silicon carbide device and a preparation method thereof, wherein the preparation method comprises a first epitaxial layer having a first conductivity type positive growth on silicon carbide substrate having a first conductivity type of the form; one or a plurality of grooves in the first epitaxial layer in the trench; according to the second from bottom to top the order of growth has a plurality of second conductivity type epitaxial layer, until the completion of the trench filling, forming a super junction structure. Compared with the prior art, the invention provides a super junction silicon carbide device and its preparation method, through in the groove according to the order from the bottom to the top growth of a plurality of epitaxial layers until the completion of the trench filling, forming a super junction structure, can adjust the depth according to the number of epitaxial layer of the trench, and the thickness of the epitaxial layer in order to achieve the seamless trench filling, and avoid the above problems ahead of the sealing groove, and the preparation process is simple, low cost and convenient for industrial production of super junction silicon carbide.

【技术实现步骤摘要】
一种超结碳化硅器件及其制备方法
本专利技术涉及半导体器件
，具体涉及一种超结碳化硅器件及其制备方法。
技术介绍
碳化硅材料是继第一代半导体材料硅、锗和第二带半导体材料砷化镓、磷化铟后发展起来的第三代半导体材料，主要具有下述优点：(1)碳化硅材料的宽禁带是硅和砷化镓的2-3倍，使得半导体器件能在相当高的温度下(500℃以上)工作并具有发射蓝光的能力。(2)高击穿电场比硅和砷化镓均要高出一个数量级，使得采用碳化硅材料的半导体器件具有高压、大功率的特性及高饱和电子漂移速度和低介电常数；(3)碳化硅材料的导热率是硅的3.3倍，砷化镓的10倍，可以大大提高电路的集成度，减少冷却散热系统，从而大大减少整机的体积。但是对于高电压电力电子器件，需要制备超厚的碳化硅外延层，厚度可达200微米，以保证高压电力电子器件具有较高的耐压能力。目前可以通过在高压电力电子器件中制备超结结构的方法改善高电压电力电子器件中通态电阻和反向耐压之间的关系，从而提高其耐压能力。具体为：通过对多次外延、多次离子注入，制备出P型区和N型区间隔的结构，使得高压半导体器件在反向工作时产生一个横向电场，使漂移层中的PN对耗尽，所产生的耗尽层作为半导体器件的耐压层，电场在漂移区中均匀分布，这样就使得一定的耐压下，碳化硅外延层所需厚度降低一倍。同时，碳化硅外延层的掺杂浓度比传统的半导体器件高一个数量级，从而极大地降低了器件的导通电阻。超结结构主要是由沟槽刻蚀和填充来完成，常规的填充主要包括：(1)多次外延与注入法。第一步，生长n型外延层；第二步，进行光刻，p型离子注入。反复重复上述步骤。一般至少要制作5次以上，并且次数越多，p型漂移区的浓度分布越均匀，p型区域的形貌越好，但是此方法成本较高。(2)多次高能离子注入法。采用多次不同的注入能量，将p型离子注入到n型外延层中的不同深度处，再经过高温推结，形成所需的p型区，此法的优点是工艺简单、制作周期短，但是由于离子注入能量高，容易对漂移区材料造成晶格裂变。(3)深沟槽侧壁倾斜注入法。采用倾斜角度的注入方式，利用深沟槽开口对倾斜注入离子的部分屏蔽作用，向深沟槽内壁注入p型离子，沟槽的开口宽度与注入倾斜角度决定了沟槽内壁注入的区域，但是此方法由于沟槽在最终不起作用，并影响器件的集成度。(4)深沟槽填充P型外延法。第一步，在n型外延层中刻蚀出深沟槽；第二步，生长p型外延，填满深沟槽；第三步，进行推结，形成p型区，此方法的最大难点是在深沟槽内生长外延，会在沟槽的开口处遇到提前封口问题，这会导致沟槽内部不能被p型外延填满，出现空隙。
技术实现思路
为了满足克服现有技术的缺陷，本专利技术提供了一种超结碳化硅器件及其制备方法。第一方面，本专利技术中一种超结碳化硅器件的制备方法的技术方案是：所述制备方法包括：在具有第一导电类型的碳化硅衬底的正面生长具有第一导电类型的第一外延层；在所述第一外延层内形成一个或多个沟槽；在所述沟槽内按照由下到上的顺序依次生长多个具有第二导电类型的第二外延层，直至完成所述沟槽的填充，形成超结结构。第二方面，本专利技术中一种超结碳化硅器件的技术方案是：所述超结碳化硅器件包括：具有第一导电类型的碳化硅衬底；具有第一导电类型的第一外延层，其设置在所述碳化硅衬底的正面；一个或多个具有第二导电类型的超结结构，所述超结结构设置在所述第一外延层内；其中：所述超结结构为通过在所述第一外延层的沟槽内按照由下到上的顺序依次生长多个具有第二导电类型的第二外延层，直至完成所述沟槽的填充后形成的超结结构。与最接近的现有技术相比，本专利技术的有益效果是：1、本专利技术提供的一种超结碳化硅器件的制备方法，通过在沟槽内按照由下到上的顺序依次生长多个外延层直至完成沟槽的填充，形成超结结构，可以根据沟槽的深度调整外延层的数量，以及各外延层的厚度，从而实现对沟槽进行无缝隙填充，进而避免发生沟槽上方提前封口的问题，同时该制备方法工艺简单、成本低便于对超结碳化硅进行工业化生产；2、本专利技术提供的一种超结碳化硅器件，其超结结构为通过在沟槽内按照由下到上的顺序依次生长多个具有第二导电类型的第二外延层，直至完成沟槽的填充后形成的超结结构，可以根据沟槽的深度调整外延层的数量，以及各外延层的厚度，从而实现对沟槽进行无缝隙填充，进而避免发生沟槽上方提前封口的问题。附图说明图1：本专利技术实施例中一种超结碳化硅器件的制备方法实施流程图；图2：本专利技术实施例中一种超结碳化硅器件的结构示意图；其中：1：衬底；2：缓冲层；3：第一外延层；4：超结结构；5：间隔区。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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、完整地说明，显然，所描述的实施例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。下面分别结合附图，对本专利技术实施例提供的一种超结碳化硅器件的制备方法进行说明。图1为本专利技术实施例中一种超结碳化硅器件的制备方法实施流程图，如图所示，本实施例中可以按照下述步骤制备超结碳化硅器件，具体为：步骤S101：在具有第一导电类型的碳化硅衬底的正面生长具有第一导电类型的第一外延层。步骤S102：在第一外延层内形成一个或多个沟槽。步骤S103：在沟槽内按照由下到上的顺序依次生长多个具有第二导电类型的第二外延层，直至完成沟槽的填充，形成超结结构。本实施例中通过在沟槽内按照由下到上的顺序依次生长多个外延层直至完成沟槽的填充，形成超结结构，可以根据沟槽的深度调整外延层的数量，以及各外延层的厚度，从而实现对沟槽进行无缝隙填充，进而避免发生沟槽上方提前封口的问题，同时该制备方法工艺简单、成本低便于对超结碳化硅进行工业化生产。进一步地，本实施例步骤S101可以按照下述步骤实施，具体为：本实施例中可以采用化学气相沉积法在碳化硅衬底上生长第一外延层，具体为：对碳化硅衬底的正面进行刻蚀，并在刻蚀后的碳化硅衬底上生长具有第一导电类型的缓冲层，然后在缓冲层上生长所述第一外延层。进一步地，本实施例步骤S102可以按照下述步骤实施，具体为：采用干法刻蚀、激光刻蚀或等离子刻蚀对第一外延层进行刻蚀，形成一个或多个沟槽。进一步地，本实施例步骤S103中在沟槽内的一个第二外延层上生长另一个第二外延层可以按照下述步骤实施，具体为：对已生长第一外延层进行选择性刻蚀，并在刻蚀后已生长第一外延层上生长另一个第二外延层。其中：选择性刻蚀可以为选择氢气刻蚀，也可以为择氯化氢刻蚀。本专利技术还提供了五个超结碳化硅器件的制备方法的优选实施方案，下面对各优选实施方案进行说明实施例1：6μm超结结构的超结碳化硅制备方法1、在N型碳化硅衬底上生长第一外延层，具体为：(1)对N型碳化硅衬底进行刻蚀：在真空环境下通入流量为40L/min的氢气H2和5L/min的氯化氢HCl，反应室内压力为40mbar，温度为1680℃，维持5分钟。其中：碳化硅衬底采用4H-SiC。(2)停止通入氯化氢HCl，降温至1650℃，通入流量为6mL/min的SiH4和3mL/min的C3H8，以流量为1500mL/min的氮气N2为掺杂剂，生长压力为40mbar；厚度为0.4μm。(3)将4本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种超结碳化硅器件的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：在具有第一导电类型的碳化硅衬底的正面生长具有第一导电类型的第一外延层；在所述第一外延层内形成一个或多个沟槽；在所述沟槽内按照由下到上的顺序依次生长多个具有第二导电类型的第二外延层，直至完成所述沟槽的填充，形成超结结构。

【技术特征摘要】
1.一种超结碳化硅器件的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：在具有第一导电类型的碳化硅衬底的正面生长具有第一导电类型的第一外延层；在所述第一外延层内形成一个或多个沟槽；在所述沟槽内按照由下到上的顺序依次生长多个具有第二导电类型的第二外延层，直至完成所述沟槽的填充，形成超结结构。2.如权利要求1所述的一种超结碳化硅器件的制备方法，其特征在于，所述在碳化硅衬底上形成第一外延层之前包括采用化学气相沉积法在碳化硅衬底上生长第一外延层，具体为：对所述碳化硅衬底的正面进行刻蚀，并在刻蚀后的碳化硅衬底上生长具有第一导电类型的缓冲层；在所述缓冲层上生长所述第一外延层。3.如权利要求1所述的一种超结碳化硅器件的制备方法，其特征在于，所述在第一外延层内形成一个或多个沟槽包括：采用干法刻蚀、激光刻蚀或等离子刻蚀对第一外延层进行刻蚀，形成一个或多个沟槽。4.如权利要求1所述的一种超结碳化硅器件的制备方法，其特征在于，所述在沟槽内的一个第二外延层上生长另一个第二外延层包括：对所述的一个第一外延层进行选择性刻蚀，并在刻蚀后的所述的一个第一外延层上生长所述的另一个第二外延层。5.如权利要求4所述的一种超结碳化硅器件的制备方法，...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨霏，钮应喜，夏经华，李玲，郑柳，刘瑞，查祎英，田亮，王嘉铭，桑玲，
申请(专利权)人：全球能源互联网研究院，国家电网公司，国网山东省电力公司，
类型：发明
国别省市：北京,11