含超级结的增强型SiC异质结晶体管外延结构及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种含超级结的增强型SiC异质结晶体管外延结构及其制备方法，所述含超级结的增强型SiC异质结晶体管外延结构由下至上依次包括：SiC衬底层、N型高掺杂4H

【技术实现步骤摘要】
含超级结的增强型SiC异质结晶体管外延结构及其制备方法


[0001]本专利技术属于半导体
，涉及一种含超级结的增强型SiC异质结晶体管外延结构及其制备方法。

技术介绍

[0002]以SiC为代表的第三代宽带隙半导体材料具有宽带隙、高临界击穿电场、高热导率、高载流子饱和漂移等特点，特别适合制作高温、高压、高频、大功率、抗辐照等半导体器件。
[0003]在SiC多型体中，3C
‑
SiC、4H
‑
SiC、6H
‑
SiC等晶型应用最广泛，3C
‑
SiC禁带宽度为2.3eV，4H
‑
SiC的禁带宽度高达3.2eV，禁带宽度差达0.9eV，由于禁带宽度相差大，3C
‑
SiC与4H
‑
SiC形成的异质结器件具有很大的潜力。
[0004]然而，在3C
‑
SiC/4H
‑
SiC异质结结构应用于场效应晶体管器件时，在关态情况下，器件源端接地，栅极加载负压，漏端加载正电压时，器件体材料漏电路径主要是先垂直通过4H
‑
SiC外延层，然后水平通过4H
‑
SiC衬底与4H
‑
SiC外延缓冲层界面。因此，传统生长3C
‑
SiC/4H
‑
SiC异质结结构都基于半绝缘衬底，然而半绝缘SiC衬底价格昂贵，因此使用价格相对较低的高掺杂导电性SiC衬底是未来发展方向。
[0005]然而目前高掺杂导电性SiC衬底都存在小面生长，衬底浓度不均匀性很大，如图3所示。小面即生长界面平行(0001)面的部分，在小面上无法进行台阶流生长，而且(0001)面也是最容易进行氮掺杂的晶面，因此会在衬底上呈现较深的颜色。衬底上颜色的深浅，主要是氮含量决定，颜色越深，氮含量越多，电阻率越低。因此，小面上生长的外延层制成的3C
‑
SiC/4H
‑
SiC异质结器件，漏电较正常晶面要大很多。因此，亟需提高4H
‑
SiC外延层的的抗压能力。
[0006]通常4H
‑
SiC/3C
‑
SiC异质结在材料制备完成时，已经形成高密度的二维电子气导通沟道，这样的材料制备的场效应晶体管器件都是耗尽型器件，在栅极加负偏压时器件才能处于关断状态，是一种常开器件，器件一直饱受可靠性问题。

技术实现思路

[0007]为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种含超级结的增强型SiC异质结晶体管外延结构及其制备方法，在含有超级结及4H
‑
SiC/3C
‑
SiC异质结结构的耗尽型外延结构的基础上生长P型3C
‑
SiC形成含超级结的增强型器件，提高器件可靠性。
[0008]本专利技术采取的技术方案如下：
[0009]一种含超级结的增强型SiC异质结高晶体管外延结构，所述含超级结的增强型SiC异质结晶体管外延结构由下至上依次包括：SiC衬底层、N型高掺杂4H
‑
SiC缓冲层、含超级结结构的N型漂移层、4H
‑
SiC沟道层、3C
‑
SiC势垒层、P型3C
‑
SiC层。
[0010]所述衬底层为正轴N型SiC衬底层。
[0011]所述含超级结结构的N型漂移层的厚度为5～50μm。
[0012]所述含超级结结构的N型漂移层中，超级结结构沿N型漂移层表面向下纵向布置。
[0013]所述超级结结构的深度为10～40μm。
[0014]所述N型高掺杂4H
‑
SiC缓冲层的厚度为0.5～1μm，N的掺杂浓度为5
×
10
17
cm
‑3～2
×
10
18
cm
‑3。
[0015]所述4H
‑
SiC沟道层的厚度为1～2μm。
[0016]所述3C
‑
SiC势垒层的厚度为5～10μm。
[0017]所述P型3C
‑
SiC层的厚度为0.2～1μm。
[0018]本专利技术还提供了所述的含超级结的增强型SiC异质结晶体管外延结构的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
[0019](1)原位刻蚀SiC衬底，得到SiC衬底层；
[0020](2)在SiC衬底层上生长N型高掺杂4H
‑
SiC缓冲层；
[0021](3)在N型高掺杂4H
‑
SiC缓冲层上生长N型4H
‑
SiC漂移层；
[0022](4)由N型4H
‑
SiC漂移层的表面向下刻蚀沟槽；
[0023](5)向沟槽内填充P型4H
‑
SiC；
[0024](6)抛光，抛去在填充的过程中台面顶部过生长的外延层，直至得到表面光滑的含超级结结构的N型漂移层；
[0025](6)在含超级结结构的N型漂移层上生长4H
‑
SiC沟道层；
[0026](7)在4H
‑
SiC沟道层上生长3C
‑
SiC势垒层；
[0027](8)在3C
‑
SiC势垒层之上生长P型3C
‑
SiC层。
[0028]步骤(4)中，沟槽侧壁倾角90
°
，底部宽度与台面顶部宽度一致，均为1.5～2μm。
[0029]本专利技术还提供了一种含所述含超级结的增强型SiC异质结晶体管外延结构的器件，器件中在所述含超级结的增强型SiC异质结高电子迁移率晶体管外延结构的P型3C
‑
SiC层之上设置源极、肖特基接触栅极、漏极，SiN隔离层；所述源极、漏极分别处于肖特基接触栅极的两边；所述源极与肖特基接触栅极之间设置SiN隔离层；所述肖特基接触栅极与漏极之间设置SiN隔离层。
[0030]本专利技术提供的含超级结的增强型SiC异质结晶体管外延结构器件是在耗尽型器件基础上通过降低沟道二维电子气密度，在零偏置的状态下是关断的即在非工作状态下不需要负电极电压驱动，这一方面可以很大程度上降低电路的额外功率损耗，提高器件的可靠性。
[0031]本专利技术提供的含超级结的增强型SiC异质结晶体管外延结构中的含超级结结构的N型漂移层中，超级结是通过采用交替的P型掺杂区域和N型掺杂区域结构来实现电荷补偿并作为耐压层，超级结器件在常规N型耐压层中引入P型掺杂，使得器件在反向阻断电压时，电荷耗尽层在纵向和横向两个方向同时展开，由于耐压层的纵向厚度远大于交替排列的P/N型区域的横向宽度，使得在很低的反向电压下，耐压层就由于横向耗尽区的延展而完全耗尽。
[0032]本专利技术提供的含超级结的增强型SiC异质结晶体管外延结构中，在异质结结构之下设置超级结结构，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种含超级结的增强型SiC异质结晶体管外延结构，其特征在于，所述含超级结的增强型SiC异质结晶体管外延结构由下至上依次包括：SiC衬底层、N型高掺杂4H
‑
SiC缓冲层、含超级结结构的N型漂移层、4H
‑
SiC沟道层、3C
‑
SiC势垒层、P型3C
‑
SiC层。2.根据权利要求1所述的含超级结的增强型SiC异质结晶体管外延结构，其特征在于，所述含超级结结构的N型漂移层的厚度为5～50μm。3.根据权利要求1或2所述的含超级结的增强型SiC异质结晶体管外延结构，其特征在于，所述含超级结结构的N型漂移层中，超级结结构沿N型漂移层表面向下纵向布置。4.根据权利要求1或2所述的含超级结的增强型SiC异质结晶体管外延结构，其特征在于，所述超级结结构的深度为10～40μm。5.根据权利要求1所述的含超级结的增强型SiC异质结晶体管外延结构，其特征在于，所述N型高掺杂4H
‑
SiC缓冲层的厚度为0.5～1μm，N的掺杂浓度为5
×
10
17
cm
‑3～2
×
10
18
cm
‑3。6.根据权利要求1所述的含超级结的增强型SiC异质结晶体管外延结构，其特征在于，所述4H
‑
SiC沟道层的厚度为1～2μm。7.根据权利要求1所述的含超级结的增强型SiC异质结晶体管外延结构，其特征在于，所述3...

【专利技术属性】
技术研发人员：左万胜，袁松，胡新星，仇成功，刘敏，胡涵，赵海明，钮应喜，
申请(专利权)人：芜湖启迪半导体有限公司，
类型：发明
国别省市：