一种沟槽碳化硅功率器件及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种沟槽碳化硅功率器件及其制备方法，属于功率半导体器件制造技术领域，其中，方法包括取碳化硅衬底，在碳化硅衬底的上表面形成

【技术实现步骤摘要】
一种沟槽碳化硅功率器件及其制备方法


[0001]本专利技术涉及功率半导体器件制造
，具体涉及一种沟槽碳化硅功率器件及其制备方法
。

技术介绍

[0002]碳化硅是近十几年来迅速发展起来的宽禁带半导体材料之一
。
与广泛应用的半导体材料硅
、
锗以及砷化镓相比，碳化硅具有宽禁带
、
高击穿电场
、
高载流子饱和漂移速率
、
高热导率及高功率密度等优点，是制备高温
、
大功率
、
高频器件的理想材料
。
碳化硅功率器件包括平面型和沟槽型，平面型的
N
区夹在两个
P
区域之间，当电流被限制在靠近
P
体区域的狭窄的
N
区中流过时，将产生
JFET
效应，从而增加通态电阻
。
而沟槽碳化硅功率器件的沟槽结构可以增加单元密度，没有
JFET
效应，寄生电容更小，开关速度快，开关损耗非常低
。
[0003]沟槽工艺的制作通常包括光刻和蚀刻两个步骤
。
光刻工艺是将沟槽的图案转移到光刻胶层上的过程，光刻胶层将起到保护和引导的作用
。
蚀刻工艺是将光刻胶层以外的芯片材料蚀刻掉，从而形成沟槽结构
。
因此，光刻胶涂覆形成沟槽图案的光刻工艺至关重要
。
[0004]现有技术中，芯片的光刻胶涂覆多采用超声波喷涂，光刻胶通过涂覆技术被铺在硅片上
。
光刻胶可分为两种：正胶和负胶，前者在受光后会分解并消失，从而留下未受光区域的图形，而后者在受光后会聚合并让受光部分的图形显现出来
。
光刻胶在曝光过程中通过对光的反应将芯片加工得到了所需要的图形和结构
。
沟槽图案的形成容易受光的覆盖精度和涂胶的精确度影响，如果涂胶过程和曝光过程不精准，容易造成沟槽图案勾勒不连续和沟槽边缘光刻胶厚度不均匀的问题
。
[0005]因此，如何提供一种沟槽碳化硅功率器件制备方法，提高对碳化硅功率器件上沟槽结构的光刻和蚀刻的精准度，是本领域技术人员亟待解决的技术问题
。

技术实现思路

[0006]为此，本专利技术提供一种沟槽碳化硅功率器件及其制备方法，以解决现有技术中由于超声波喷涂胶过程和曝光过程不精准而导致的沟槽图案勾勒不连续和沟槽边缘光刻胶厚度不均匀的问题
。
[0007]为了实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：根据本专利技术的第一方面，提供了一种沟槽碳化硅功率器件的制备方法，包括以下步骤：步骤
S1
：取碳化硅衬底，在碳化硅衬底的上表面形成
N
型外延层；步骤
S2
：确定沟槽的表面形状
、
个数和相应刻蚀位置；步骤
S3
：获取所述
N
型外延层的图像，框选所述
N
型外延层的部分图像，使沟槽刻蚀位置位于框选图像的中心位置；步骤
S4
：以框选图像的中心点为原点建立平面坐标系，经过模拟单元，在平面坐标系上勾勒出沟槽图形；
步骤
S5
：沿所述模拟单元的勾勒路径，在
N
型外延层上涂覆光刻胶，形成光刻胶沟槽开口，随后，沿光刻胶沟槽开口向外继续涂覆光刻胶；步骤
S6
：使用刻蚀工艺在
N
型外延层的上表面形成沟槽，去除
N
型外延层上的剩余光刻胶，在沟槽内沉积多晶硅并形成多晶硅栅，沟槽两侧形成
P
基区和
N
基区，在
P
基区和
N
基区的上表面形成源极金属，在
N
型外延层的下表面形成漏极金属
。
[0008]进一步地，所述步骤
S4
中模拟单元在平面坐标系上勾勒出沟槽图形，具体包括以下步骤：步骤
S401
：基于沟槽的表面形状获取沟槽模拟图形，将获取的沟槽模拟图形放置在平面坐标系上，且沟槽模拟图形的中心点位于所述平面坐标系的原点上；步骤
S402
：获取所述沟槽模拟图形与
x
轴和
y
轴的相交点；步骤
S403
：根据相交点的坐标和沟槽开口轮廓，模拟单元同时在所述平面坐标系的四个象限内进行勾勒，直到沟槽图形勾勒完成
。
[0009]进一步地，所述相交点为第一相交点
、
第二相交点
、
第三相交点和第四相交点，所述第一相交点位于
x
轴的正方向上，所述第二相交点位于
y
轴的正方向上，所述第三相交点位于
x
轴的负方向上，所述第四相交点位于
y
轴的负方向上
。
[0010]进一步地，所述步骤
S403
中，模拟单元同时在所述平面坐标系的四个象限内进行勾勒，其勾勒路径具体包括：基于平面坐标系的四个象限内，将沟槽开口轮廓按象限顺序，分为第一轮廓路径
、
第二轮廓路径
、
第三轮廓路径和第四轮廓路径；在平面坐标系中的第一象限内，由第一相交点沿第一轮廓路径勾勒到达第二相交点；在平面坐标系中的第二象限内，由第二相交点沿第二轮廓路径勾勒到达第三相交点；在平面坐标系中的第三象限内，由第三相交点沿第三轮廓路径勾勒到达第四相交点；在平面坐标系中的第四象限内，由第四相交点沿第四轮廓路径勾勒到达第一相交点
。
[0011]进一步地，所述步骤
S5
中，沿所述模拟单元的勾勒路径，在
N
型外延层上涂覆光刻胶的涂覆方法具体为：在勾勒路径为圆弧形状时采用旋涂方式，在勾勒路径为直线形状时采用喷涂方式
。
[0012]进一步地，所述步骤
S5
中，在
N
型外延层上涂覆光刻胶，形成光刻胶沟槽开口后，对沟槽开口处的光刻胶厚度进行测量，对不均匀的光刻胶进行修补
。
[0013]进一步地，所述
N
型外延层的框选图像的数量为沟槽个数
。
[0014]根据本专利技术的第二方面，提供了一种沟槽碳化硅功率器件，基于上述任一项所述的沟槽碳化硅功率器件的制备方法制造，包括：碳化硅衬底；
N
型外延层，设于所述碳化硅衬底的上表面，其上设有沟槽，沟槽两侧设有
P
基区和
N
基区；多晶硅栅，设于所述
N
型外延层的沟槽内；
源极金属，设于
P
基区
、N
基区和多晶硅栅上，并与所述多晶硅栅通过钝化层隔离开；漏极金属，设于所述
N
型外延层的下表面上
。
[0015]本专利技术具本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种沟槽碳化硅功率器件的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤
S1
：取碳化硅衬底，在碳化硅衬底的上表面形成
N
型外延层；步骤
S2
：确定沟槽的表面形状
、
个数和相应刻蚀位置；步骤
S3
：获取所述
N
型外延层的图像，框选所述
N
型外延层的部分图像，使沟槽刻蚀位置位于框选图像的中心位置；步骤
S4
：以框选图像的中心点为原点建立平面坐标系，经过模拟单元，在平面坐标系上勾勒出沟槽图形；步骤
S5
：沿所述模拟单元的勾勒路径，在
N
型外延层上涂覆光刻胶，形成光刻胶沟槽开口，随后，沿光刻胶沟槽开口向外继续涂覆光刻胶；步骤
S6
：使用刻蚀工艺在
N
型外延层的上表面形成沟槽，去除
N
型外延层上的剩余光刻胶，在沟槽内沉积多晶硅并形成多晶硅栅，沟槽两侧形成
P
基区和
N
基区，在
P
基区和
N
基区的上表面形成源极金属，在
N
型外延层的下表面形成漏极金属
。2.
如权利要求1所述的沟槽碳化硅功率器件的制备方法，其特征在于，所述步骤
S4
中模拟单元在平面坐标系上勾勒出沟槽图形，具体包括以下步骤：步骤
S401
：基于沟槽的表面形状获取沟槽模拟图形，将获取的沟槽模拟图形放置在平面坐标系上，且沟槽模拟图形的中心点位于所述平面坐标系的原点上；步骤
S402
：获取所述沟槽模拟图形与
x
轴和
y
轴的相交点；步骤
S403
：根据相交点的坐标和沟槽开口轮廓，模拟单元同时在所述平面坐标系的四个象限内进行勾勒，直到沟槽图形勾勒完成
。3.
如权利要求2所述的沟槽碳化硅功率器件的制备方法，其特征在于，所述相交点为第一相交点
、
第二相交点
、
第三相交点和第四相交点，所述第一相交点位于
x
轴的正方向上，所述第二相交点位于
y

【专利技术属性】
技术研发人员：仇亮，窦静，
申请(专利权)人：广东仁懋电子有限公司，
类型：发明
国别省市：