耐高温低功耗的SiC MOSFET功率器件的制备方法及其结构技术

本发明专利技术涉及一种耐高温低功耗的SiC MOSFET功率器件的制备方法及其结构，包括以下步骤：在SiC衬底上生长N‑漂移层；在所述N‑漂移层内制备P阱；在所述P阱内制备N+源区和P+接触区；依次制备第一隔离介质层、栅极和第二隔离介质层；在所述N+源区和所述P+接触区表面制备欧姆接触孔；在所述欧姆接触孔中制备源极欧姆接触金属层；在所述源极欧姆接触金属层和所述第二隔离介质层上制备源极铜石墨烯电极；在所述SiC衬底背面依次制备漏极欧姆接触金属层和漏极电极，最终形成所述耐高温低功耗的SiC MOSFET功率器件。在本实施例中，通过磷离子注入结合低温氧化对界面形成磷钝化的效果，源极电极采用铜石墨烯复合材料，提高了器件耐高温的性能降低了器件的功耗。

Preparation and structure of SiC MOSFET power device with high temperature and low power consumption

The invention relates to a preparation method and the structure of a high temperature and low power SiC MOSFET power device, including the following steps: the growth of the N drift drift layer on the SiC substrate, the preparation of the P well in the N drift layer, the preparation of the N+ source area and the P+ contact area in the P trap, and the preparation of the first isolation medium layer, the gate and the second isolation medium. A mass layer; a ohm contact hole is prepared on the surface of the N+ source and the surface of the P+ contact area; a source ohm contact metal layer is prepared in the ohm contact hole; a source copper graphite electrode is prepared on the source ohm contact metal layer and the second isolation medium layer, and the drain ohm contact gold is prepared in turn on the back of the SiC substrate. The SiC and MOSFET power devices with high temperature and low power consumption are finally formed. In this example, the effect of phosphorus passivation on the interface is formed by phosphorus ion implantation and low temperature oxidation. The source electrode adopts copper carbide composite material, which improves the performance of high temperature resistance of the device and reduces the power consumption of the device.

【技术实现步骤摘要】
耐高温低功耗的SiCMOSFET功率器件的制备方法及其结构
本专利技术属于微电子
，涉及一种耐高温低功耗的SiCMOSFET功率器件的制备方法及其结构。
技术介绍
碳化硅(SiC)以其优良的物理化学特性和电学特性成为制造高温、大功率电子器件的一种最有优势的半导体材料，并且具有远大于Si材料的功率器件品质因子。SiCMOSFET功率器件的研发始于20世纪90年代，具有输入阻抗高、开关速度快、工作频率高、耐高温高压等一系列优点，已在开关稳压电源、高频加热、汽车电子以及功率放大器等方面取得了广泛的应用。对于SiCMOSFET功率器件的电极制作，电极因为成本等因素考量，器件往往采用Al制作电极。而为了改善大电流下的电迁移特性，高品质的器件往往在制作Al电极时掺入少量的Cu；而同时，为了提高电极的电导率，还掺入少量的Ag。作为一种功率器件，SiCMOSFET功率器件的可靠性非常重要。这种掺入了多种金属元素的Al电极在受到水汽侵入时，有时会发生电偶腐蚀现象，导致器件电极的失效，而且该金属电极在高温情况系会出现电极溶化情况，严重制约着SiC功率器件的发展。
技术实现思路
为了解决现有技术中存在的上述问题，本专利技术提供了一种耐高温低功耗MOSFET的制备方法及其结构。本专利技术要解决的技术问题通过以下技术方案实现：本专利技术实施例提供了一种耐高温低功耗的SiCMOSFET功率器件的制备方法，包括以下步骤：在SiC衬底上生长N-漂移层；在所述N-漂移层内制备P阱；在所述P阱内制备N+源区和P+接触区；在包括所述N+源区和所述P+接触区的所述P阱以及所述N-漂移层上依次制备第一隔离介质层、栅极和第二隔离介质层；在所述N+源区和所述P+接触区表面制备欧姆接触孔；在所述欧姆接触孔中制备源极欧姆接触金属层；在所述源极欧姆接触金属层和所述第二隔离介质层上制备源极铜石墨烯电极；在所述SiC衬底背面制备漏极欧姆接触金属层；在所述漏极欧姆接触金属层表面制备漏极电极，最终形成所述耐高温低功耗的SiCMOSFET功率器件。在本专利技术的一个实施例中，在所述P阱内制备N+源区和P+接触区之后，还包括：利用离子注入工艺在包括所述N+源区和所述P+接触区的所述P阱以及所述N-漂移层表面注入磷离子形成磷盖层。在本专利技术的一个实施例中，所述磷离子的注入能量为50keV，剂量大于1014cm-2。在本专利技术的一个实施例中，在包括所述N+源区和所述P+接触区的所述P阱以及所述N-漂移层上制备第一隔离介质层，包括：在1250℃温度下，利用干氧氧化工艺，在包括所述N+源区和所述P+接触区的所述P阱以及所述N-漂移层表面进行氧化，氧化时间为2小时；在900℃温度下，氧气气氛中进行退火；利用PECVD工艺在包括所述N+源区和所述P+接触区的所述P阱以及所述N-漂移层上制备所述第一隔离介质层。在本专利技术的一个实施例中，所述第一隔离介质层的厚度为100nm，所述栅极的厚度为200nm。在本专利技术的一个实施例中，在所述源极欧姆接触金属层和所述第二隔离介质层上制备源极铜石墨烯电极，包括：利用磁控溅射工艺，在所述欧姆接触金属层和所述第二隔离介质层上溅射铜石墨烯复合材料形成所述源极铜石墨烯电极。在本专利技术的一个实施例中，所述源极铜石墨烯电极的厚度为1μm。在本专利技术的一个实施例中，在所述源极欧姆接触金属层和所述第二隔离介质层上制备源极铜石墨烯电极，包括：利用磁控溅射工艺，在所述源极欧姆接触金属层和所述第二隔离介质层上溅射第一铜金属层；在1000℃温度下，利用CVD工艺，在所述第一铜金属层表面生长2～3层石墨烯层；利用磁控溅射工艺，在所述石墨烯层表面溅射第二铜金属层；在500℃温度下，退火30分钟，形成所述源极铜石墨烯电极。在本专利技术的一个实施例中，所述第一铜金属层和所述第二铜金属层的厚度均为400nm。本专利技术的另一个实施例提供的一种耐高温低功耗的SiCMOSFET功率器件结构，包括：漏极电极1、SiC衬底2、N-漂移层3、P阱4、N+源区5、P+接触区6、第一隔离介质层8、栅极9、第二隔离介质层10、源极欧姆接触金属层11、源极铜石墨烯电极12、漏极欧姆接触金属层13，其中，所述耐高温低功耗的SiCMOSFET功率器件由上述任一实施例所述的方法制备形成。与现有技术相比，本专利技术的有益效果：1)本专利技术采用铜石墨烯复合材料作为源极互连表面金属，增加了电极的耐高温的性能；2)本专利技术采用铜石墨烯复合材料作为源极互连表面金属，有效的降低了电偶腐蚀现象；3)本专利技术提出磷离子注入结合低温氧化过程对界面陷阱形成磷钝化的效果，可提升沟道迁移率，提升栅的稳定性，提高器件的可靠性；4)本专利技术采用优化工艺流程，充分利用磷离子对界面特性进行改善，从而保证栅氧化层的致密性；5)本专利技术由于在栅氧沉积之前，采用低温氧化，可以有效的控制氧化的厚度和高温带来的影响。通过以下参考附图的详细说明，本专利技术的其它方面和特征变得明显。但是应当知道，该附图仅仅为解释的目的设计，而不是作为本专利技术的范围的限定，这是因为其应当参考附加的权利要求。还应当知道，除非另外指出，不必要依比例绘制附图，它们仅仅力图概念地说明此处描述的结构和流程。附图说明图1为本专利技术实施例提供的一种耐高温低功耗的SiCMOSFET功率器件的制备方法流程图；图2a-2m为本专利技术实施例提供的一种耐高温低功耗的SiCMOSFET功率器件的工艺示意图；图3为本专利技术实施例提供的一种耐高温低功耗的SiCMOSFET功率器件的结构示意图。符号说明：1漏极电极；2SIC衬底；3N-漂移层；4P阱；5N+源区；6P+接触区；7磷盖层；8第一隔离介质层；9栅极；10第二隔离介质层；11源极欧姆接触金属层；12源极铜石墨烯电极；13漏极欧姆接触金属层；具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术做进一步详细的描述，但本专利技术的实施方式不限于此。实施例一请参见图1，图1为本专利技术实施例提供的一种耐高温低功耗的SiCMOSFET功率器件的制备方法的示意图。本专利技术的制备方法可以用于制备出耐高温低功耗的SiCMOSFET功率器件，具体地，该方法包括以下步骤：步骤1、在SiC衬底上生长N-漂移层；步骤2、在所述N-漂移层内制备P阱；步骤3、在所述P阱内制备N+源区和P+接触区；步骤4、在包括所述N+源区和所述P+接触区的所述P阱以及所述N-漂移层上依次制备第一隔离介质层、栅极和第二隔离介质层；步骤5、在所述N+源区和所述P+接触区表面制备欧姆接触孔；步骤6、在所述欧姆接触孔中制备源极欧姆接触金属层；步骤7、在所述源极欧姆接触金属层和所述第二隔离介质层上制备源极铜石墨烯电极；步骤8、在所述SiC衬底背面制备漏极欧姆接触金属层；步骤9、在所述漏极欧姆接触金属层表面制备漏极电极，最终形成所述耐高温低功耗的SiCMOSFET功率器件。其中，对于步骤3之后，还可以包括：步骤X1、利用离子注入工艺在包括所述N+源区和所述P+接触区的所述P阱以及所述N-漂移层表面注入磷离子形成磷盖层。进一步地，步骤X1中所述磷离子的注入能量为50keV，剂量大于1014cm-2。其中，对于步骤4，可以包括：在1250℃温度下，利用干氧氧化工艺，在包括所述N+源区和所述P+接触区的所述P阱以及所述N-漂移层表面进行氧化，氧化时间为2小时；在9本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种耐高温低功耗的SiC MOSFET功率器件的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：在SiC衬底上生长N‑漂移层；在所述N‑漂移层内制备P阱；在所述P阱内制备N+源区和P+接触区；在包括所述N+源区和所述P+接触区的所述P阱以及所述N‑漂移层上依次制备第一隔离介质层、栅极和第二隔离介质层；在所述N+源区和所述P+接触区表面制备欧姆接触孔；在所述欧姆接触孔中制备源极欧姆接触金属层；在所述源极欧姆接触金属层和所述第二隔离介质层上制备源极铜石墨烯电极；在所述SiC衬底背面制备漏极欧姆接触金属层；在所述漏极欧姆接触金属层表面制备漏极电极，最终形成所述耐高温低功耗的SiC MOSFET功率器件。

【技术特征摘要】
1.一种耐高温低功耗的SiCMOSFET功率器件的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：在SiC衬底上生长N-漂移层；在所述N-漂移层内制备P阱；在所述P阱内制备N+源区和P+接触区；在包括所述N+源区和所述P+接触区的所述P阱以及所述N-漂移层上依次制备第一隔离介质层、栅极和第二隔离介质层；在所述N+源区和所述P+接触区表面制备欧姆接触孔；在所述欧姆接触孔中制备源极欧姆接触金属层；在所述源极欧姆接触金属层和所述第二隔离介质层上制备源极铜石墨烯电极；在所述SiC衬底背面制备漏极欧姆接触金属层；在所述漏极欧姆接触金属层表面制备漏极电极，最终形成所述耐高温低功耗的SiCMOSFET功率器件。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在所述P阱内制备N+源区和P+接触区之后，还包括：利用离子注入工艺在包括所述N+源区和所述P+接触区的所述P阱以及所述N-漂移层表面注入磷离子形成磷盖层。3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述磷离子的注入能量为50keV，剂量大于1014cm-2。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在包括所述N+源区和所述P+接触区的所述P阱以及所述N-漂移层上制备第一隔离介质层，包括：在1250℃温度下，利用干氧氧化工艺，在包括所述N+源区和所述P+接触区的所述P阱以及所述N-漂移层表面进行氧化，氧化时间为2小时；在900℃温度下，氧气气氛中进行退火；利用PECVD工艺在包括所述N+源区和所述P+接触区的所述P阱以及所述N-漂移层上制备所述第一隔离介质层。...

【专利技术属性】
技术研发人员：贾仁需，邵锦文，侯同晓，元磊，汤晓燕，
申请(专利权)人：秦皇岛京河科学技术研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：河北,13