一种碳化硅功率器件及其加工制造方法技术

本发明专利技术涉及微电子器件技术领域，具体涉及一种碳化硅功率器件及其加工制造方法；本发明专利技术首先采用高温气相沉积法制备碳化硅晶锭，然后对碳化硅晶锭进行整形并获得碳化硅晶棒，然后对碳化硅晶锭进行切片并获得碳化硅晶片，然后对碳化硅晶片依次进行研磨、抛光、检测和清洗，从而获得碳化硅衬底，然后通过化学气相沉积法在碳化硅衬底的上表面上制备碳化硅外延层，从而获得碳化硅晶圆，然后通过离子注入机向碳化硅晶圆中注入铝离子用以形成P型掺杂区和氮离子用以形成漏极和源极的N型导电区，然后在JFET区制备结势垒肖特基二极管等；本发明专利技术能够有效地解决现有技术存在高温、高压耐性差、开关速度低以及生产成本高等问题。关速度低以及生产成本高等问题。关速度低以及生产成本高等问题。

【技术实现步骤摘要】
一种碳化硅功率器件及其加工制造方法


[0001]本专利技术涉及微电子器件
，具体涉及一种碳化硅功率器件及其加工制造方法。

技术介绍

[0002]近年来，随着微电子技术的不断发展，Si基电力电子器件在一些如高温、高压、高湿度等极端环境中的应用越来越受到限制。而碳化硅(SiC)材料作为第三代半导体材料的代表，其禁带宽度约是硅材料的3倍，击穿电场是硅材料的8倍，热导率是硅的3倍，极大地提高了SiC器件的耐压容量和电流密度。由于二者材料的特性不同导致SiC材料的击穿电场为Si材料的大约10倍，从而使得在相同的击穿电压下，其导通电阻只有Si器件的1/100～1/200，极大地降低了SiC器件的导通损耗和开关损耗，在提高系统效率的同时也使器件在高温、高功率、高湿度等恶劣环境中工作更为可靠。因此，SiC器件可以使电力电子系统的功率、温度、频率和抗辐射能力倍增。同时由于碳化硅具有较高的热导率，可以大大减少系统中散热系统的体积及重量，是系统获得更高的效率。所以，SiC器件不仅在直流、交流输电，不间断电源，开关电源，工业控制等传统工业领域具有广泛应用，而且在太阳能、风能等新能源中也将具有广阔的应用前景。
[0003]虽然，单位面积的碳化硅(SiC)基础材料成本相较于过去的十年里明显减低，但是碳化硅(SiC)基础材料成本始终还是比硅(Si)晶片的相对应的成本高不止一个量级(影响的因素包括：碳化硅晶锭径向尺寸有限和碳化硅的生产速度有限)。此外，目前的碳化硅功率器件在实际应用的过程中还存在临界击穿电压较低、开光速率有限和反向漏电流较高等缺陷。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，解决上述
技术介绍
中提出的问题。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术采用了如下技术方案：一种碳化硅功率器件，包括碳化硅衬底和完全覆盖在其上表面的碳化硅外延层，所述碳化硅外延层的层中隐埋有P型掺杂区，所述P型掺杂区中隐埋有N型导电区，所述碳化硅外延层的上表面设有用于连接各个P型掺杂区和N型导电区的氧化层，所述碳化硅外延层上还设有完全覆盖氧化层和碳化硅上表面的源极，所述氧化层内部设有栅极，所述碳化硅衬底的下表面完全覆盖有漏极，所述碳化硅外延层中的JFET区中设有结势垒肖特基二极管。
[0006]更进一步地，所述源极的上表面设有钝化层，所述钝化层从上至下依次分为第一钝化膜和第二钝化膜；所述第一钝化膜为氧化物并且所述第一钝化膜厚度不大于0.1微米，所述第二钝化膜为聚酰亚胺并且所述第二钝化膜的厚度在0.3～2微米之间。
[0007]更进一步地，所述P型掺杂区的注入深度在0.3～2.5微米之间，所述N型导电区的注入深度在0.15～1.25微米之间，所述JFET区的注入深度在0.15～1.25微米之间。
[0008]一种碳化硅功率器件的加工制造方法，包括以下步骤：
[0009]S1，采用高温气相沉积法制备碳化硅晶锭；
[0010]S2，对碳化硅晶锭进行整形并获得碳化硅晶棒；
[0011]S3，对碳化硅晶锭进行切片并获得碳化硅晶片；
[0012]S4，对碳化硅晶片依次进行研磨、抛光、检测和清洗，从而获得碳化硅衬底；
[0013]S5，通过化学气相沉积法在碳化硅衬底的上表面上制备碳化硅外延层，从而获得碳化硅晶圆；
[0014]S6，对碳化硅晶圆进行清洗，在碳化硅外延层上制备二氧化硅薄膜，在二氧化硅薄膜上通过光刻方式将图形转移到二氧化硅薄膜上；
[0015]S7，通过离子注入机向碳化硅晶圆中注入铝离子用以形成P型掺杂区，然后对碳化硅晶圆进行退火来激活注入其中的铝离子；
[0016]S8，移除碳化硅晶圆上的二氧化硅薄膜；
[0017]S9，通过离子注入机向P型掺杂区注入氮离子用以形成漏极和源极的N型导电区，然后对碳化硅晶圆进行退火来激活注入P型掺杂区的氮离子；
[0018]S10，在JFET区制备结势垒肖特基二极管；
[0019]S11，在源极和漏极之间制备栅极；
[0020]S12，在碳化硅晶圆的上表面制备钝化层；
[0021]S13，在钝化层上钻孔并溅射金属用以形成漏源电极；
[0022]S14，对成品进行封装。
[0023]更进一步地，在所述S1中，首先将碳化硅籽晶固定在反应器内部顶端的夹具上，然后启动所述夹具所在联结杆位于反应器外部的驱动装置，使得联结杆在垂直方向上产生位移并以自身中轴线为轴产生旋转，然后启动所述反应器外部的线圈，从而使得反应器内部产生从上至下温度均匀递增的温度梯度，然后将反应气体和载气气体从反应器底部通入；
[0024]在所述S5中，将碳化硅衬底固定在反应器内部顶端的夹具上，然后启动所述夹具所在联结杆位于反应器外部的驱动装置，使得联结杆在垂直方向上产生位移并以自身中轴线为轴产生旋转，然后启动所述反应器外部的线圈，从而使得反应器内部产生从上至下温度均匀递增的温度梯度，然后将反应气体和载气气体从反应器底部通入。
[0025]更进一步地，在所述S1中，所述联结杆的自转的角速度在1rad/s～18.85rad/s之间，并且联结杆自转的角速度随着碳化硅籽晶上长生层的径向宽度的增加而减小；
[0026]在所述S1中，所述联结杆沿垂直方向向上移动，并且所述联结杆在垂直方向上的位移速度等于长生层的厚度增加速度；
[0027]在所述S1中，长生层下端所在区域的温度在1850～2400℃之间；
[0028]在所述S1中，反应气体在反应器内部的加热区域中完全分解并发生着数种反应，并产生高度饱和的碳化硅气体，碳化硅气体通过均匀相成核形成碳化硅团簇，这些团簇升华并在籽晶上生长，同时反应器内部残余的废气从反应器的顶部排出；
[0029]在所述S5中，所述联结杆自转的角度在16rad/s～20rad/s之间，并且所述联结杆的自转的角速度保持不变；
[0030]在所述S5中，所述联结杆垂直方向向上移动，并且所述联结杆在垂直方向上的位移速度等于碳化硅外延层的厚度增加速度；
[0031]在所述S5中，碳化硅外延层所在区域的温度在1450～1700℃；
[0032]在所述S5中，反应气体在反应器内部的加热区域中完全分解并发生着数种反应，并产生高度饱和的碳化硅气体，碳化硅气体通过均匀相成核形成碳化硅团簇，这些团簇升华并在碳化硅衬底上生长，同时反应器内部残余的废气从反应器的顶部排出。
[0033]更进一步地，在所述S1和所述S5中，反应气体为SiH4、SiCl4、C2H4和C3H8等，载气气体为氢气；
[0034]在所述S1和S5中，反应器由外层的隔热材和内层的石墨坩埚组成。
[0035]更进一步地，在所述S2中，碳化硅晶锭依次通过平磨、定向和滚圆的加工处理，从而制得碳化硅晶棒；
[0036]在所述S3中，碳化硅晶棒采用多线切割的方式制取碳化硅晶片。
[0037]更进一步地，在所述S7和所述S9中，碳化硅晶圆在退火前需本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种碳化硅功率器件，其特征在于：包括碳化硅衬底(10)和完全覆盖在其上表面的碳化硅外延层(11)，所述碳化硅外延层(11)的层中隐埋有P型掺杂区(12)，所述P型掺杂区(12)中隐埋有N型导电区(13)，所述碳化硅外延层(11)的上表面设有用于连接各个P型掺杂区(12)和N型导电区(13)的氧化层(15)，所述碳化硅外延层(11)上还设有完全覆盖氧化层(15)和碳化硅上表面的源极，所述氧化层(15)内部设有栅极(16)，所述碳化硅衬底(10)的下表面完全覆盖有漏极(20)，所述碳化硅外延层(11)中的JFET区中设有结势垒肖特基二极管(14)。2.根据权利要求1所述的一种碳化硅功率器件，其特征在于，所述源极的上表面设有钝化层(19)，所述钝化层(19)从上至下依次分为第一钝化膜(17)和第二钝化膜(18)；所述第一钝化膜(17)为氧化物并且所述第一钝化膜(17)厚度不大于0.1微米，所述第二钝化膜(18)为聚酰亚胺并且所述第二钝化膜(18)的厚度在0.3～2微米之间。3.根据权利要求1所述的一种碳化硅功率器件，其特征在于，所述P型掺杂区(12)的注入深度在0.3～2.5微米之间，所述N型导电区(13)的注入深度在0.15～1.25微米之间，所述JFET区的注入深度在0.15～1.25微米之间。4.一种碳化硅功率器件的加工制造方法，其特征在于，包括以下步骤：S1，采用高温气相沉积法制备碳化硅晶锭(9)；S2，对碳化硅晶锭(9)进行整形并获得碳化硅晶棒；S3，对碳化硅晶锭(9)进行切片并获得碳化硅晶片；S4，对碳化硅晶片依次进行研磨、抛光、检测和清洗，从而获得碳化硅衬底(10)；S5，通过化学气相沉积法在碳化硅衬底(10)的上表面上制备碳化硅外延层(11)，从而获得碳化硅晶圆(21)；S6，对碳化硅晶圆(21)进行清洗，在碳化硅外延层(11)上制备二氧化硅薄膜，在二氧化硅薄膜上通过光刻方式将图形转移到二氧化硅薄膜上；S7，通过离子注入机向碳化硅晶圆(21)中注入铝离子用以形成P型掺杂区(12)，然后对碳化硅晶圆(21)进行退火来激活注入其中的铝离子；S8，移除碳化硅晶圆(21)上的二氧化硅薄膜；S9，通过离子注入机向P型掺杂区(12)注入氮离子用以形成漏极(20)和源极的N型导电区(13)，然后对碳化硅晶圆(21)进行退火来激活注入P型掺杂区(12)的氮离子；S10，在JFET区制备结势垒肖特基二极管(14)；S11，在源极和漏极(20)之间制备栅极(16)；S12，在碳化硅晶圆(21)的上表面制备钝化层(19)；S13，在钝化层(19)上钻孔并溅射金属用以形成漏源电极；S14，对成品进行封装。5.根据权利要求4所述的一种碳化硅功率器件的加工制造方法，其特征在于：在所述S1中，首先将碳化硅籽晶(8)固定在反应器(7)内部顶端的夹具(3)上，然后启动所述夹具(3)所在联结杆(2)位于反应器(7)外部的驱动装置(1)，使得联结杆(2)在垂直方向上产生位移并以自身中轴线为轴产生旋转，然后启动所述反应器(7)外部的线圈...

【专利技术属性】
技术研发人员：马腾，王国亮，王平原，
申请(专利权)人：深圳市坪芯微电子有限公司，
类型：发明
国别省市：