带有双区浮动结的碳化硅umosfet器件及制作方法
带有双区浮动结的碳化硅umosfet器件及制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及微电子技术领域，尤其设及一种带有双区浮动结的碳化娃UMOSFET器 件及制作方法。
【背景技术】
[0002] 目前，基于娃材料的功率电子器件已经在电子工业领域得到了广泛的应用，但是 在高温大功率领域，不断成熟的工艺技术W及不断优化的器件设计都使得娃功率器件接近 其理论极限，而SiC材料的功率电子器件由于其自身材料的优势，使其可W在高温、高频、 高福射的应用环境中正常工作。
[0003] 在SiC功率器件中，功率M0SFET是电压控制型功率器件，具有栅极驱动电路简单， 开关时间短，功率密度大，转换效率高的特点，广泛的应用于各种电力电子系统。
[0004]SiC功率M0S阳T的器件结构主要分为两种，一种是双注入型的 M0S阳T(VDM0S阳T)，另一种是沟槽型的M0S阳T(UM0S阳T)，与VDM0S阳T相比，UM0S阳T的沟 道位于垂直方向，在高阻断电压应用方面，巧片的面积较小，并且UMOSFET的制造可W通过 外延工艺形成P阱和n+源区，注入损伤比较小，由于UM0S阳T不存在JFET区域，使得其导 通电阻较低。但UMOSFET结构本身也存在问题，其中比较重要的一点是，在承受电压时，场 强最大处常位于沟槽底部的拐角处，所W击穿点通常也在沟槽底部的拐角处，为了充分利 用SiC材料的高击穿电场的特性，避免在SiC击穿之前栅氧化层的击穿，必须对其采取相应 的保护措施。
【发明内容】
[0005] 为解决上述问题，本发明提供了一种带有双区浮动结的碳化娃UMOSFET器件及制 作方法。
[0006] 为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：
[0007] 带有双区浮动结的碳化娃UM0S阳T器件，自下往上依次包括漏极、化衬底、一次 N-漂移区、P+离子注入区和二次N-漂移区，二次N-漂移区上设有槽栅介质，槽栅介质内 设有多晶娃，槽栅介质两侧对称设有P-外延层和源区接触，源区接触位于P-外延层上端， 源区接触上端及其一侧均设有源极，两侧源极之间设有纯化层和栅极，纯化层位于栅极两 侦U，P+离子注入区分为上下对齐的两部分，形状相同，P+离子注入区的上半部分为侣离子 注入，渗杂浓度为2X10"cnT3-7X10"cnT3,深度为0. 5ym，下半部分为侣离子注入，渗杂浓 度为IXl〇i6cnT3-2X10"cnT3,深度为0. 5ym，P+离子注入区同时存在于沟槽的两侧，P+离 子注入区为水平分布的双区浮动结。
[000引优选的，所述槽栅介质为Si02,厚度为lOOnm，多晶娃2为ploySi，深度为2. 9ym， 宽度为2. 8ym，通过淀积填充整个沟槽结构。
[000引优选的，所述化衬底是厚度为200ym-500ym，氮离子渗杂浓度为 5Xl0i8cnT3-lX102%T3的N型碳化娃衬底片；一次N-漂移层为厚度为10ym-20ym，氮离 子渗杂浓度为1Xl0i5cnT3-6Xl0i5cnT3的N型碳化娃外延层。
[0010] 优选的，所述二次N-漂移层是厚度为2ym-3ym，氮离子渗杂浓度为 1Xl〇i5cnT3-6X10"cnT3的N型碳化娃外延层；P-外延层是最大厚度为2. 5ym-3ym，侣离子 渗杂浓度为1Xl〇i7cnT3-lXIQiScnT3的P型碳化娃外延层；源区接触是厚度为0. 5ym，氮离 子渗杂浓度为5XIQiScnT3的N型碳化娃外延层。
[0011] 为解决上述问题，本发明还提供了一种带有双区浮动结的碳化娃UM0SFET器件的 制备方法，包括如下步骤：
[001引 S1、取厚度为200ym，氮离子渗杂浓度为5Xl0i8cnT3的化碳化娃衬底片进行RCA 标准清洗，在清洗后的衬底片上外延生长厚度为厚度为10ym-20ym，氮离子渗杂浓度为 1 Xl0i5cm-3-6X10"cm-3的一次N-漂移区；
[0013] S2、在650°C下，W侣作为掩膜，在一次N-漂移区上进行两次选择性侣离子注入， 注入区上半部分渗杂浓度为6X10"cnT3,深度为0. 5ym，下半部分渗杂浓度为8X1〇16畑1一3， 深度为0. 5ym离子注入后在硅烷气氛下进行退火，退火温度为1650°C，退火时间为lOmin， 形成所述P+离子注入区；
[0014] S3、在P+离子注入区和一次N-漂移层上面进行二次N-漂移区生长，厚度为 2iim_3iiHbit胃f 1X10巧〇11-3_6X10巧011-3;
[0015] S4、在^次N-漂移层上生长一层最大厚度为2. 5ym-3ym,侣罔子渗杂浓度为 1 X1〇17畑1-3-1X1〇18畑1-3的P-外延层；
[0016] S5、在P-外延层上生长一层厚度为0. 5ym，氮离子渗杂浓度为5XIQiScnT3的N型 碳化娃外延层，作为化源区层；
[0017] S6、磁控瓣射一层2000A的Ti膜作为ICP刻蚀掩膜，涂胶光刻，进行ICP刻蚀，亥U 蚀出宽度为3ym，深度为3ym的槽，去胶，去刻蚀掩膜后，清洗成光片；
[0018] S7、磁控瓣射一层2000A的Ti膜作为ICP刻蚀掩膜，涂胶光刻，进行ICP刻蚀，形 成源区接触，去胶，去刻蚀掩膜后，清洗成光片；
[0019] S8、采用干氧工艺在1150°C下制备厚度为100皿的槽栅介质Si化，然后在1050°C， 馬氛围下进行退火，降低SiO2薄膜表面的粗趟度；
[0020] S9、在淀积温度为600-650°C，淀积压强为60-80Pa，反应气体为硅烷和磯化氨，载 运气体为氮气的条件下，采用低压热壁化学汽相淀积法在槽栅介质Si〇2上淀积polySi层 后，涂化光刻，刻蚀ploySi层，形成多晶娃，最后去化，清洗；
[0021] S10、在器件表面淀积一层场氧或者SisNjl，形成纯化层后，涂胶光刻，腐蚀纯化 层开电极接触孔，最后去胶，清洗；。
[0022] S11、采用电子束蒸发Ti/Ni/Au制作正面栅，源极，然后涂胶光刻，金属腐蚀形成 正面栅，源电极接触图形，在温度为1050°C，Ar气氛围中快速退火3min后，去胶，清洗。
[0023] 优选的，所述步骤S1的工艺条件是；温度为1600。压力为lOOmbar，反应气体采 用硅烷和丙烷，载运气体采用纯氨气，渗杂源采用液态氮气。
[0024] 优选的，所述步骤S2的工艺条件是：注入能量为900KeV和45化eV，对应的剂量为 2 X1〇12畑1-2、1. 2X10"cm-2,注入深度为 1. 0Um。
[0025] 优选的，所述步骤S3的工艺条件是；温度为1600。压力为lOOmbar，反应气体采 用硅烷和丙烷，载运气体采用纯氨气，渗杂源采用液态氮气。
[0026] 优选的，所述步骤S4中外延生长工艺条件是；温度为1600。压力为lOOmbar，反 应气体采用硅烷和丙烷，载运气体采用纯氨气，渗杂源采用=甲基侣；步骤S5中的工艺条 件为；温度为1600°C，压力为lOOmbar，反应气体采用硅烷和丙烷，载运气体采用纯氨气，渗 杂源采用液态氮气；步骤S6的工艺条件为JCP线圈功率850W，源功率100W，反应气体SFe 和化分别为48sccm和12sccm;步骤S7的工艺条件为；ICP线圈功率850W，源功率100W，反 应气体SFg和02分别为48sccm和12sccm。
[0027] 本发明具有W下有益效果：
[0028] 提出了一种带有双区浮动结的碳化娃UM0S阳T器件，在传统的碳化娃UM0S阳T器 件的N-漂移区基础上增加了双区浮动结，且浮动结上半部分渗杂浓度比下半部分渗杂浓 度高，该样即保护了沟槽底部的拐角的提前击穿，同时也提高了器件的击穿电压，同时与普 通浮动结碳化娃UM0S阳T器件相比，双区浮动结碳化娃UM0S阳T器件不会引入额外的工艺 步骤，为在工艺上实现提供了方便。
【附图说明】
[0029] 图1为本发明实施例带有双区浮动结的碳化娃UM0SFET器件的结构示意图；
[0030] 图2为本发明实施例带有双区浮动结的碳化娃UM0SFET器件的制作方法中步骤S1 的示意图。
[0031] 图3为本发明实施例带有双区浮动结的碳化娃UM0SFET器件的制作方法中步骤S2 的示意图。
[0032] 图4为本发明实施例带有双区浮动结的碳化娃UM0SFET器件的制作方法中步骤S3 的示意图。
[0033] 图5为本发明实施例带有双区浮动结的碳化娃UM0SFET器件的制作方法中步骤S4 的示意图。
[0034] 图6为本发明实施例带有双区浮动结的碳化娃UM0SFET器件的制作方法中步骤S5 的示意图。
[00巧]图7为本发明实施例带有双区浮动结的碳化娃UM0SFET器件的制作方法中步骤S6 的示意图。
[0036] 图8为本发明实施例带有双区浮动结的碳化娃UM0SFET器件的制作方法中步骤S7 的示意图。
[0037] 图9为本发明实施例带有双区浮动结的碳化娃 UM0SFET器件的制作方法中步骤S8 的示意图。
[0038] 图10为本发明实施例带有双区浮动结的碳化娃UM0SFET器件的制作方法中步骤 S9的示意图。
[0039] 图11为本发明实施例带有双区浮动结的碳化娃UM0SFET器件的制作方法中步骤 S10的示意图。
[0040] 图12为本发明实施例带有双区浮动结的碳化娃UM0SFET器件的制作方法中步骤 S11的示意图。
【具体实施方式】
[0041] 为了使本发明的目的及优点更加清楚明白，W下结合实施例对本发明进行进一步 详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用W解释本发明，并不用于限定本发 明。
[004引如图1所示，本发明实施例提供了一种带有双区浮动结的碳化娃UM0S阳T器件， 自下往上依次包括漏极11、化衬底10、一次N-漂移区7、P+离子注入区9和二次N-漂移 区8,二次N-漂移区8上设有槽栅介质3,槽栅介质3内设有多晶娃2,槽栅介质3两侧对 称设有P-外延层6和源区接触5,源区接触5位于P-外延层6上端，源区接触5上端及 其一侧均设有源极4,两侧源极4之间设有纯化层12和栅极1，纯化层12位于栅极1两 侦U，P+离子注入区9分为上下对齐的两部分，形状相同，P+离子注入区9的上半部分为侣 离子注入，渗杂浓度为2X10"cnT3-7Xl0i7cnT3,深度为0. 5ym，下半部分为侣离子注入， 渗杂浓度为1Xl0i6cnT3-2X10"cnT3,深度为0. 5ym，P+离子注入区同时存在于沟槽的两 侦U，P+离子注入区为水平分布的双区浮动结，所述槽栅介质3为Si化，厚度为lOOnm，多晶 娃2为ploySi，深度为2. 9ym，宽度为2. 8ym，通过淀积填充整个沟槽结构，所述化衬底 10是厚度为200ym-500ym，氮离子渗杂浓度为5X10l8c^^3-lxlo2C)cm-3的N型碳化娃衬 底片；一次N-漂移层7为厚度为10ym-20ym，氛离子渗杂浓度为IXl0i5cnT3-6X10"cnT3 的N型碳化娃外延层，所述^次N-漂移层8是厚度为2ym-3ym,氮罔子渗杂浓度为 1Xl0i5cnT3-6X10"cnT3的N型碳化娃外延层；P-外延层6是最大厚度为2. 5ym-3ym，侣离 子渗杂浓度为1Xl0i7cnT3-lXIQiScnT3的P型碳化娃外延层；源区接触5是厚度为0. 5ym， 氮离子渗杂浓度为5Xl0i8cnT3的N型碳化娃外延层。
[004引如图2-12所示，本发明实施例提供了一种带有双区浮动结的碳化娃UM0S阳T器件 的制备方法，包括如下步骤：
[0044]S1、取厚度为200ym，氮离子渗杂浓度为5XIQiScnT3的化碳化娃衬底片进行RCA 标准清洗，在清洗后的衬底片上外延生长厚度为厚度为10ym-20ym，氮离子渗杂浓度为 1 Xl〇i5cm-3-6X10"cm-3的一次N-漂移区；
[0045]S2、在650°C下，W侣作为掩膜，在一次N-漂移区上进行两次选择性侣离子注入， 注入区上半部分渗杂浓度为6X10"cnT3,深度为0. 5ym，下半部分渗杂浓度为8X1〇16畑1一3， 深度为0. 5ym离子注入后在硅烷气氛下进行退火，退火温度为1650°C，退火时间为lOmin， 形成所述P+离子注入区；
[0046]S3、在P+离子注入区和一次N-漂移层上面进行二次N-漂移区生长，厚度为 2 iim_3iiHbit胃f 1X10巧〇11-3_6X10巧011-3;
[0047]S4、在二次N-漂移层上生长一层最大厚度为2. 5ym-3ym，侣离子渗杂浓度为 1X1〇17畑1-3-1X1〇18畑1-3的P-外延层；
[0048]S5、在P-外延层上生长一层厚度为0. 5ym，氮离子渗杂浓度为5XIQiScnT3的N型 碳化娃外延层，作为化源区层；
[0049] S6、磁控瓣射一层2000A的Ti膜作为ICP刻蚀掩膜，涂胶光刻，进行ICP刻蚀，亥U 蚀出宽度为3ym，深度为3ym的槽，去胶，去刻蚀掩膜后，清洗成光片；
[0050] S7、磁控瓣射一层2000A的Ti膜作为ICP刻蚀掩膜，涂胶光刻，进行ICP刻蚀，形 成源区接触，去胶，去刻蚀掩膜后，清洗成光片；
[00川 S8、采用干氧工艺在1150°C下制备厚度为100皿的槽栅介质Si化，然后在1050。 馬氛围下进行退火，降低SiO2薄膜表面的粗趟度；
[0052]S9、在淀积温度为600-650°C，淀积压强为60-80Pa，反应气体为硅烷和磯化氨，载 运气体为氮气的条件下，采用低压热壁化学汽相淀积法在槽栅介质Si〇2上淀积polySi层 后，涂化光刻，刻蚀ploySi层，形成多晶娃，最后去化，清洗；
[0053] S10、在器件表面淀积一层场氧或者SisNjl，形成纯化层后，涂胶光刻，腐蚀纯化 层开电极接触孔，最后去胶，清洗；。
[0054] S11、采用电子束蒸发Ti/Ni/Au制作正面栅，源极，然后涂胶光刻，金属腐蚀形成 正面栅，源电极接触图形，在温度为1050°C，Ar气氛围中快速退火3min后，去胶，清洗。
[00巧]所述步骤S1的工艺条件是；温度为1600°C，压力为lOOmbar，反应气体采用硅烷和 丙烷，载运气体采用纯氨气，渗杂源采用液态氮气。所述步骤S2的工艺条件是：注入能量 为900KeV和450keV，对应的剂量为2X1〇12畑1-2、1. 2X10"cm-2,注入深度为1. 0ym。所述步 骤S3的工艺条件是；温度为1600°C，压力为lOOmbar，反应气体采用硅烷和丙烷，载运气体 采用纯氨气，渗杂源采用液态氮气。所述步骤S4中外延生长工艺条件是；温度为1600°C， 压力为lOOmbar，反应气体采用硅烷和丙烷，载运气体采用纯氨气，渗杂源采用S甲基侣； 步骤S5中的工艺条件为；温度为1600°C，压力为lOOmbar，反应气体采用硅烷和丙烷，载运 气体采用纯氨气，渗杂源采用液态氮气；步骤S6的工艺条件为JCP线圈功率850W，源功率 100W，反应气体SFe和〇2分别为48sccm和12sccm;步骤S7的工艺条件为JCP线圈功率 850W，源功率100W，反应气体SFe和02分别为48sccm和12sccm。
[005引实施例
[0057] 步骤al，在化碳化娃衬底片上外延生长N-漂移层；
[005引步骤al1，对厚度为200ym，氮离子渗杂浓度为5XIQiScnT3的化碳化娃衬底片进 行RCA标准清洗，
[0059] 步骤al2,在整个衬底片上外延生长厚度为lOym，氮离子渗杂浓度为6Xl〇i5cnT3 的N-漂移层。
[0060] 其工艺条件是；温度为1600°C，压力为lOOmbar，反应气体采用硅烷和丙烷，载运 气体采用纯氨气，渗杂源采用液态氮气。
[0061] 步骤bl，离子注入形成P+离子注入区；
[0062] 步骤bll，在650°C下，W侣作为掩膜，在一次N-漂移区上进行两次选择性离子 注入，注入能量为900KeV和45化eV，对应的剂量为2Xl〇i2cm-2、l. 2X10"cm-2,注入深度为 1. 0ym，注入后P+离子注入区的上半部分侣离子渗杂浓度为6Xl〇i7cnT3,P+离子注入区的 下半部分侣离子渗杂浓度为8 X l〇i6cnT3.
[0063] 步骤bl2,离子注入后在硅烷气氛下进行退火，退火温度为1650°C，退火时间为 lOmin。
[0064] 步骤cl，使用二次外延工艺形成二次N-漂移区；
[0065]步骤cl 1，对SiC样片使用标准RCA工艺进行清洗；
[006引步骤cl2,在SiC样片上外延生长厚度为2ym，氮离子渗杂浓度为6XIQiScnT3的N-漂移层。
[0067] 其工艺条件是；温度为1600。压力为lOOmbar，反应气体采用硅烷和丙烷，载运 气体采用纯氨气，渗杂源采用液态氮气。
[0068] 步骤dl,外延生长P-外延层，在^次N-漂移区上生长一层厚度为3ym,侣罔子渗 杂浓度为2X10"cnT3的P-外延层。
[0069] 其外延生长工艺条件是；温度为1600°C，压力为lOOmbar，反应气体采用硅烷和丙 烧，载运气体采用纯氨气，渗杂源采用=甲基侣。
[0070] 步骤el，外延生长化源区层，在P-外延层上生长一层厚度为0. 5ym，氮离子渗杂 浓度为5XIQiScnT3的N型碳化娃外延层，作为化源区层。
[0071] 其工艺条件是；温度为1600°C，压力为lOOmbar，反应气体采用硅烷和丙烷，载运 气体采用纯氨气，渗杂源采用液态氮气。
[0072] 步骤fl，刻蚀形成沟槽，首先磁控瓣射一层2000A的Ti膜作为ICP刻蚀掩膜，然 后涂胶光刻，进行ICP刻蚀，刻蚀出槽的宽度为3ym，深度为3ym，最后去胶，去刻蚀掩膜， 清洗成光片。
[0073] 其工艺条件为JCP线圈功率850W，源功率100W，反应气体SF6和02分别为48sccm 和12sccm。
[00 74] 步骤gl，刻蚀形成源区接触，首先磁控瓣射一层2000A的Ti膜作为ICP刻蚀掩 膜，然后涂胶光刻，进行ICP刻蚀，形成源区接触孔，最后去胶，去刻蚀掩膜，清洗成光片。
[00巧]其工艺条件为JCP线圈功率850W，源功率100W，反应气体SF6和02分别为48sccm和12sccm。
[0076] 步骤hi,制备槽栅介质Si02,采用干氧工艺在1150°C下制备Si02栅，厚度为 lOOnm，然后在1050°C，N2氛围下进行退火，降低Si02薄膜表面的粗趟度。
[0077] 步骤il，制备ploySi栅，采用低压热壁化学汽相淀积法生长ploySi填满沟槽，淀 积温度为600~650°C，淀积压强为60~80化，反应气体为硅烷和磯化氨，载运气体为氮 气，然后涂胶光刻，刻蚀ploySi层，形成多晶娃栅，最后去胶，清洗。
[0078] 步骤jl，制备纯化层，在器件表面淀积一层场氧或者Si3M层，然后涂胶光刻，腐 蚀纯化层开电极接触孔，最后去胶，清洗。
[0079] 步骤kl，制备电极，电子束蒸发Ti/Ni/Au制作正面栅，源电极，然后涂胶光刻，金 属腐蚀形成正面栅，源电极接触图形，去胶，清洗。
[0080] 在背面电子束蒸发Ti/Ni/Au制作背面漏电极，然后制作正面栅，源电极，最后在 Ar气氛中围快速退火3min，温度为1050°C。
[0081] W上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人 员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可W作出若干改进和润饰，该些改进和润饰也应 视为本发明的保护范围。
【主权项】
1. 带有双区浮动结的碳化硅UMOSFET器件，其特征在于，自下往上依次包括漏极（11)、 N+衬底（10)、一次N-漂移区（7)、P+离子注入区（9)和二次N-漂移区（8)，二次N-漂移 区（8)上设有槽栅介质（3)，槽栅介质（3)内设有多晶硅（2)，槽栅介质（3)两侧对称设有 P-外延层（6)和源区接触（5)，源区接触（5)位于P-外延层（6)上端，源区接触（5)上端 及其一侧均设有源极（4)，两侧源极（4)之间设有钝化层（12)和栅极（1)，钝化层（12)位 于栅极（1)两侧，P+离子注入区（9)分为上下对齐的两部分，形状相同，P+离子注入区（9) 的上半部分为铝离子注入，掺杂浓度为2 X 1017cnT3-7 X 1017cnT3,深度为0. 5 μ m，下半部分为 铝离子注入，掺杂浓度为I X l〇16cm_3-2 X 1017cm_3,深度为0. 5 μ m，P+离子注入区同时存在于 沟槽的两侧，P+离子注入区为水平分布的双区浮动结。2. 根据权利要求1所述的带有双区浮动结的碳化硅UMOSFET器件，其特征在于，所述槽 栅介质3为SiO2，厚度为100nm，多晶硅2为ploySi，深度为2. 9 μ m，宽度为2. 8 μ m，通过淀 积填充整个沟槽结构。3. 根据权利要求1所述的带有双区浮动结的碳化硅UMOSFET器件，其特征在于， 所述N+衬底10是厚度为200 μ m-500 μπι，氮离子掺杂浓度为5X IO18CnT3-I X IO2tlCnT3的N型碳化硅衬底片；一次N-漂移层7为厚度为10 μπι-2〇μπι，氮离子掺杂浓度为 I X 1015cm 3-6 X 1015cm 3的N型碳化娃外延层。4. 根据权利要求1所述的带有双区浮动结的碳化硅UMOSFET器件，其特征在于，所 述二次N-漂移层⑶是厚度为2 μπι-3 μπι，氮离子掺杂浓度为IX 1015cnT3-6X IO15CnT3的N型碳化娃外延层；P-外延层（6)是最大厚度为2. 5 μm-3 μm，错离子掺杂浓度为 I X IO17CnT3-I X IO18CnT3的P型碳化硅外延层；源区接触（5)是厚度为0. 5 μ m，氮离子掺杂 浓度为5 X IO18CnT3的N型碳化娃外延层。5. 带有双区浮动结的碳化硅UMOSFET器件的制备方法，其特征在于，包括如下步骤： 51、 取厚度为200 μ m，氮离子掺杂浓度为5 X IO18CnT3的N+碳化硅衬底片进行RCA标 准清洗，在清洗后的衬底片上外延生长厚度为厚度为10 μ m-20 μ m，氮离子掺杂浓度为 1 X 1015cm_3-6X 1015cm_3的一次 N-漂移区； 52、 在650°C下，以铝作为掩膜，在一次N-漂移区上进行两次选择性铝离子注入，注入 区上半部分掺杂浓度为6 X 1017cnT3,深度为0. 5 μ m，下半部分掺杂浓度为8 X IO16CnT3，深度 为0. 5 μ m离子注入后在硅烷气氛下进行退火，退火温度为1650°C，退火时间为10min，形成 所述P+离子注入区； 53、 在P+离子注入区和一次N-漂移层上面进行二次N-漂移区生长，厚度为 2. m_3 μ m，氮离子惨杂浓度为 I X 1015cm 3-6 X IO15Cm 3; 54、 在二次N-漂移层上生长一层最大厚度为2. 5 μπι-3 ym，铝离子掺杂浓度为 I X 1017cm_3-l X 1018cm_3的 P-外延层； 55、 在P-外延层上生长一层厚度为0. 5 μ m，氮离子掺杂浓度为5 X IO18CnT3的N型碳化 娃外延层，作为N+源区层； 56、 磁控溅射一层2000A的Ti膜作为ICP刻蚀掩膜，涂胶光刻，进行ICP刻蚀，刻蚀出 宽度为3 μm，深度为3 μm的槽，去胶，去刻蚀掩膜后，清洗成光片； 57、 磁控溅射一层2000A的Ti膜作为ICP刻蚀掩膜，涂胶光刻，进行ICP刻蚀，形成源 区接触，去胶，去刻蚀掩膜后，清洗成光片； 58、 采用干氧工艺在1150°C下制备厚度为IOOnm的槽栅介质SiO2，然后在1050°C，N2S 围下进行退火，降低SiCV薄膜表面的粗糙度； 59、 在淀积温度为600-650°C，淀积压强为60-80Pa，反应气体为硅烷和磷化氢，载运气 体为氦气的条件下，采用低压热壁化学汽相淀积法在槽栅介质SiO2上淀积polySi层后，涂 胶光刻，刻蚀PloySi层，形成多晶娃，最后去胶，清洗； 510、 在器件表面淀积一层场氧或者Si3N4层，形成钝化层后，涂胶光刻，腐蚀钝化层开 电极接触孔，最后去胶，清洗； 511、 采用电子束蒸发Ti/Ni/Au制作正面栅，源极，然后涂胶光刻，金属腐蚀形成正面 栅，源电极接触图形，在温度为1050°C，Ar气氛围中快速退火3min后，去胶，清洗。6. 根据权利要求5所述的带有双区浮动结的碳化硅UM0SFET器件的制备方法，其特征 在于，所述步骤Sl的工艺条件是：温度为1600°C，压力为lOOmbar，反应气体采用硅烷和丙 烷，载运气体采用纯氢气，掺杂源采用液态氮气。7. 根据权利要求5所述的带有双区浮动结的碳化硅UM0SFET器件的制备方法，其特征 在于，所述步骤S2的工艺条件是：注入能量为900KeV和450keV，对应的剂量为2 X 1012cnT2、 I. 2 X 1013cm_2,注入深度为 I. 0 μ m。8. 根据权利要求5所述的带有双区浮动结的碳化硅UM0SFET器件的制备方法，其特征 在于，所述步骤S3的工艺条件是：温度为1600°C，压力为lOOmbar，反应气体采用硅烷和丙 烷，载运气体采用纯氢气，掺杂源采用液态氮气。9. 根据权利要求5所述的带有双区浮动结的碳化硅UM0SFET器件的制备方法，其特征 在于，所述步骤S4中外延生长工艺条件是：温度为1600°C，压力为lOOmbar，反应气体采用 硅烷和丙烷，载运气体采用纯氢气，掺杂源采用三甲基铝；步骤S5中的工艺条件为：温度为 1600°C，压力为lOOmbar，反应气体采用硅烷和丙烷，载运气体采用纯氢气，掺杂源采用液态 氮气；步骤S6的工艺条件为：ICP线圈功率850W，源功率100W，反应气体SFjP 0 2分别为 48sccm和12sccm ;步骤S7的工艺条件为：ICP线圈功率850W，源功率100W，反应气体SFf^P O2分别为 48sccm 和 12sccm。
【专利摘要】本发明公开了一种带有双区浮动结的碳化硅UMOSFET器件及其制备方法，该器件自下往上依次包括漏极、N+衬底、一次N-漂移区、P+离子注入区和二次N-漂移区，二次N-漂移区上设有槽栅介质，槽栅介质内设有多晶硅，槽栅介质两侧对称设有P-外延层和源区接触，源区接触位于P-外延层上端，源区接触上端及其一侧均设有源极，两侧源极之间设有钝化层和栅极，钝化层位于栅极两侧，P+离子注入区分为上下对齐的两部分，P+离子注入区为水平分布的双区浮动结。本发明增加了双区浮动结，且浮动结上半部分掺杂浓度比下半部分掺杂浓度高，这样即保护了沟槽底部的拐角的提前击穿，同时也提高了器件的击穿电压。
【IPC分类】H01L29/06, H01L29/78, H01L21/336
【公开号】CN104900701
【申请号】CN201510190692
【发明人】汤晓燕, 田瑞彦, 宋庆文, 张艺蒙, 张玉明
【申请人】西安电子科技大学
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年4月18日
【技术领域】
[0001] 本发明设及微电子技术领域，尤其设及一种带有双区浮动结的碳化娃UMOSFET器 件及制作方法。
【背景技术】
[0002] 目前，基于娃材料的功率电子器件已经在电子工业领域得到了广泛的应用，但是 在高温大功率领域，不断成熟的工艺技术W及不断优化的器件设计都使得娃功率器件接近 其理论极限，而SiC材料的功率电子器件由于其自身材料的优势，使其可W在高温、高频、 高福射的应用环境中正常工作。
[0003] 在SiC功率器件中，功率M0SFET是电压控制型功率器件，具有栅极驱动电路简单， 开关时间短，功率密度大，转换效率高的特点，广泛的应用于各种电力电子系统。
[0004]SiC功率M0S阳T的器件结构主要分为两种，一种是双注入型的 M0S阳T(VDM0S阳T)，另一种是沟槽型的M0S阳T(UM0S阳T)，与VDM0S阳T相比，UM0S阳T的沟 道位于垂直方向，在高阻断电压应用方面，巧片的面积较小，并且UMOSFET的制造可W通过 外延工艺形成P阱和n+源区，注入损伤比较小，由于UM0S阳T不存在JFET区域，使得其导 通电阻较低。但UMOSFET结构本身也存在问题，其中比较重要的一点是，在承受电压时，场 强最大处常位于沟槽底部的拐角处，所W击穿点通常也在沟槽底部的拐角处，为了充分利 用SiC材料的高击穿电场的特性，避免在SiC击穿之前栅氧化层的击穿，必须对其采取相应 的保护措施。
【发明内容】
[0005] 为解决上述问题，本发明提供了一种带有双区浮动结的碳化娃UMOSFET器件及制 作方法。
[0006] 为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：
[0007] 带有双区浮动结的碳化娃UM0S阳T器件，自下往上依次包括漏极、化衬底、一次 N-漂移区、P+离子注入区和二次N-漂移区，二次N-漂移区上设有槽栅介质，槽栅介质内 设有多晶娃，槽栅介质两侧对称设有P-外延层和源区接触，源区接触位于P-外延层上端， 源区接触上端及其一侧均设有源极，两侧源极之间设有纯化层和栅极，纯化层位于栅极两 侦U，P+离子注入区分为上下对齐的两部分，形状相同，P+离子注入区的上半部分为侣离子 注入，渗杂浓度为2X10"cnT3-7X10"cnT3,深度为0. 5ym，下半部分为侣离子注入，渗杂浓 度为IXl〇i6cnT3-2X10"cnT3,深度为0. 5ym，P+离子注入区同时存在于沟槽的两侧，P+离 子注入区为水平分布的双区浮动结。
[000引优选的，所述槽栅介质为Si02,厚度为lOOnm，多晶娃2为ploySi，深度为2. 9ym， 宽度为2. 8ym，通过淀积填充整个沟槽结构。
[000引优选的，所述化衬底是厚度为200ym-500ym，氮离子渗杂浓度为 5Xl0i8cnT3-lX102%T3的N型碳化娃衬底片；一次N-漂移层为厚度为10ym-20ym，氮离 子渗杂浓度为1Xl0i5cnT3-6Xl0i5cnT3的N型碳化娃外延层。
[0010] 优选的，所述二次N-漂移层是厚度为2ym-3ym，氮离子渗杂浓度为 1Xl〇i5cnT3-6X10"cnT3的N型碳化娃外延层；P-外延层是最大厚度为2. 5ym-3ym，侣离子 渗杂浓度为1Xl〇i7cnT3-lXIQiScnT3的P型碳化娃外延层；源区接触是厚度为0. 5ym，氮离 子渗杂浓度为5XIQiScnT3的N型碳化娃外延层。
[0011] 为解决上述问题，本发明还提供了一种带有双区浮动结的碳化娃UM0SFET器件的 制备方法，包括如下步骤：
[001引 S1、取厚度为200ym，氮离子渗杂浓度为5Xl0i8cnT3的化碳化娃衬底片进行RCA 标准清洗，在清洗后的衬底片上外延生长厚度为厚度为10ym-20ym，氮离子渗杂浓度为 1 Xl0i5cm-3-6X10"cm-3的一次N-漂移区；
[0013] S2、在650°C下，W侣作为掩膜，在一次N-漂移区上进行两次选择性侣离子注入， 注入区上半部分渗杂浓度为6X10"cnT3,深度为0. 5ym，下半部分渗杂浓度为8X1〇16畑1一3， 深度为0. 5ym离子注入后在硅烷气氛下进行退火，退火温度为1650°C，退火时间为lOmin， 形成所述P+离子注入区；
[0014] S3、在P+离子注入区和一次N-漂移层上面进行二次N-漂移区生长，厚度为 2iim_3iiHbit胃f 1X10巧〇11-3_6X10巧011-3;
[0015] S4、在^次N-漂移层上生长一层最大厚度为2. 5ym-3ym,侣罔子渗杂浓度为 1 X1〇17畑1-3-1X1〇18畑1-3的P-外延层；
[0016] S5、在P-外延层上生长一层厚度为0. 5ym，氮离子渗杂浓度为5XIQiScnT3的N型 碳化娃外延层，作为化源区层；
[0017] S6、磁控瓣射一层2000A的Ti膜作为ICP刻蚀掩膜，涂胶光刻，进行ICP刻蚀，亥U 蚀出宽度为3ym，深度为3ym的槽，去胶，去刻蚀掩膜后，清洗成光片；
[0018] S7、磁控瓣射一层2000A的Ti膜作为ICP刻蚀掩膜，涂胶光刻，进行ICP刻蚀，形 成源区接触，去胶，去刻蚀掩膜后，清洗成光片；
[0019] S8、采用干氧工艺在1150°C下制备厚度为100皿的槽栅介质Si化，然后在1050°C， 馬氛围下进行退火，降低SiO2薄膜表面的粗趟度；
[0020] S9、在淀积温度为600-650°C，淀积压强为60-80Pa，反应气体为硅烷和磯化氨，载 运气体为氮气的条件下，采用低压热壁化学汽相淀积法在槽栅介质Si〇2上淀积polySi层 后，涂化光刻，刻蚀ploySi层，形成多晶娃，最后去化，清洗；
[0021] S10、在器件表面淀积一层场氧或者SisNjl，形成纯化层后，涂胶光刻，腐蚀纯化 层开电极接触孔，最后去胶，清洗；。
[0022] S11、采用电子束蒸发Ti/Ni/Au制作正面栅，源极，然后涂胶光刻，金属腐蚀形成 正面栅，源电极接触图形，在温度为1050°C，Ar气氛围中快速退火3min后，去胶，清洗。
[0023] 优选的，所述步骤S1的工艺条件是；温度为1600。压力为lOOmbar，反应气体采 用硅烷和丙烷，载运气体采用纯氨气，渗杂源采用液态氮气。
[0024] 优选的，所述步骤S2的工艺条件是：注入能量为900KeV和45化eV，对应的剂量为 2 X1〇12畑1-2、1. 2X10"cm-2,注入深度为 1. 0Um。
[0025] 优选的，所述步骤S3的工艺条件是；温度为1600。压力为lOOmbar，反应气体采 用硅烷和丙烷，载运气体采用纯氨气，渗杂源采用液态氮气。
[0026] 优选的，所述步骤S4中外延生长工艺条件是；温度为1600。压力为lOOmbar，反 应气体采用硅烷和丙烷，载运气体采用纯氨气，渗杂源采用=甲基侣；步骤S5中的工艺条 件为；温度为1600°C，压力为lOOmbar，反应气体采用硅烷和丙烷，载运气体采用纯氨气，渗 杂源采用液态氮气；步骤S6的工艺条件为JCP线圈功率850W，源功率100W，反应气体SFe 和化分别为48sccm和12sccm;步骤S7的工艺条件为；ICP线圈功率850W，源功率100W，反 应气体SFg和02分别为48sccm和12sccm。
[0027] 本发明具有W下有益效果：
[0028] 提出了一种带有双区浮动结的碳化娃UM0S阳T器件，在传统的碳化娃UM0S阳T器 件的N-漂移区基础上增加了双区浮动结，且浮动结上半部分渗杂浓度比下半部分渗杂浓 度高，该样即保护了沟槽底部的拐角的提前击穿，同时也提高了器件的击穿电压，同时与普 通浮动结碳化娃UM0S阳T器件相比，双区浮动结碳化娃UM0S阳T器件不会引入额外的工艺 步骤，为在工艺上实现提供了方便。
【附图说明】
[0029] 图1为本发明实施例带有双区浮动结的碳化娃UM0SFET器件的结构示意图；
[0030] 图2为本发明实施例带有双区浮动结的碳化娃UM0SFET器件的制作方法中步骤S1 的示意图。
[0031] 图3为本发明实施例带有双区浮动结的碳化娃UM0SFET器件的制作方法中步骤S2 的示意图。
[0032] 图4为本发明实施例带有双区浮动结的碳化娃UM0SFET器件的制作方法中步骤S3 的示意图。
[0033] 图5为本发明实施例带有双区浮动结的碳化娃UM0SFET器件的制作方法中步骤S4 的示意图。
[0034] 图6为本发明实施例带有双区浮动结的碳化娃UM0SFET器件的制作方法中步骤S5 的示意图。
[00巧]图7为本发明实施例带有双区浮动结的碳化娃UM0SFET器件的制作方法中步骤S6 的示意图。
[0036] 图8为本发明实施例带有双区浮动结的碳化娃UM0SFET器件的制作方法中步骤S7 的示意图。
[0037] 图9为本发明实施例带有双区浮动结的碳化娃 UM0SFET器件的制作方法中步骤S8 的示意图。
[0038] 图10为本发明实施例带有双区浮动结的碳化娃UM0SFET器件的制作方法中步骤 S9的示意图。
[0039] 图11为本发明实施例带有双区浮动结的碳化娃UM0SFET器件的制作方法中步骤 S10的示意图。
[0040] 图12为本发明实施例带有双区浮动结的碳化娃UM0SFET器件的制作方法中步骤 S11的示意图。
【具体实施方式】
[0041] 为了使本发明的目的及优点更加清楚明白，W下结合实施例对本发明进行进一步 详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用W解释本发明，并不用于限定本发 明。
[004引如图1所示，本发明实施例提供了一种带有双区浮动结的碳化娃UM0S阳T器件， 自下往上依次包括漏极11、化衬底10、一次N-漂移区7、P+离子注入区9和二次N-漂移 区8,二次N-漂移区8上设有槽栅介质3,槽栅介质3内设有多晶娃2,槽栅介质3两侧对 称设有P-外延层6和源区接触5,源区接触5位于P-外延层6上端，源区接触5上端及 其一侧均设有源极4,两侧源极4之间设有纯化层12和栅极1，纯化层12位于栅极1两 侦U，P+离子注入区9分为上下对齐的两部分，形状相同，P+离子注入区9的上半部分为侣 离子注入，渗杂浓度为2X10"cnT3-7Xl0i7cnT3,深度为0. 5ym，下半部分为侣离子注入， 渗杂浓度为1Xl0i6cnT3-2X10"cnT3,深度为0. 5ym，P+离子注入区同时存在于沟槽的两 侦U，P+离子注入区为水平分布的双区浮动结，所述槽栅介质3为Si化，厚度为lOOnm，多晶 娃2为ploySi，深度为2. 9ym，宽度为2. 8ym，通过淀积填充整个沟槽结构，所述化衬底 10是厚度为200ym-500ym，氮离子渗杂浓度为5X10l8c^^3-lxlo2C)cm-3的N型碳化娃衬 底片；一次N-漂移层7为厚度为10ym-20ym，氛离子渗杂浓度为IXl0i5cnT3-6X10"cnT3 的N型碳化娃外延层，所述^次N-漂移层8是厚度为2ym-3ym,氮罔子渗杂浓度为 1Xl0i5cnT3-6X10"cnT3的N型碳化娃外延层；P-外延层6是最大厚度为2. 5ym-3ym，侣离 子渗杂浓度为1Xl0i7cnT3-lXIQiScnT3的P型碳化娃外延层；源区接触5是厚度为0. 5ym， 氮离子渗杂浓度为5Xl0i8cnT3的N型碳化娃外延层。
[004引如图2-12所示，本发明实施例提供了一种带有双区浮动结的碳化娃UM0S阳T器件 的制备方法，包括如下步骤：
[0044]S1、取厚度为200ym，氮离子渗杂浓度为5XIQiScnT3的化碳化娃衬底片进行RCA 标准清洗，在清洗后的衬底片上外延生长厚度为厚度为10ym-20ym，氮离子渗杂浓度为 1 Xl〇i5cm-3-6X10"cm-3的一次N-漂移区；
[0045]S2、在650°C下，W侣作为掩膜，在一次N-漂移区上进行两次选择性侣离子注入， 注入区上半部分渗杂浓度为6X10"cnT3,深度为0. 5ym，下半部分渗杂浓度为8X1〇16畑1一3， 深度为0. 5ym离子注入后在硅烷气氛下进行退火，退火温度为1650°C，退火时间为lOmin， 形成所述P+离子注入区；
[0046]S3、在P+离子注入区和一次N-漂移层上面进行二次N-漂移区生长，厚度为 2 iim_3iiHbit胃f 1X10巧〇11-3_6X10巧011-3;
[0047]S4、在二次N-漂移层上生长一层最大厚度为2. 5ym-3ym，侣离子渗杂浓度为 1X1〇17畑1-3-1X1〇18畑1-3的P-外延层；
[0048]S5、在P-外延层上生长一层厚度为0. 5ym，氮离子渗杂浓度为5XIQiScnT3的N型 碳化娃外延层，作为化源区层；
[0049] S6、磁控瓣射一层2000A的Ti膜作为ICP刻蚀掩膜，涂胶光刻，进行ICP刻蚀，亥U 蚀出宽度为3ym，深度为3ym的槽，去胶，去刻蚀掩膜后，清洗成光片；
[0050] S7、磁控瓣射一层2000A的Ti膜作为ICP刻蚀掩膜，涂胶光刻，进行ICP刻蚀，形 成源区接触，去胶，去刻蚀掩膜后，清洗成光片；
[00川 S8、采用干氧工艺在1150°C下制备厚度为100皿的槽栅介质Si化，然后在1050。 馬氛围下进行退火，降低SiO2薄膜表面的粗趟度；
[0052]S9、在淀积温度为600-650°C，淀积压强为60-80Pa，反应气体为硅烷和磯化氨，载 运气体为氮气的条件下，采用低压热壁化学汽相淀积法在槽栅介质Si〇2上淀积polySi层 后，涂化光刻，刻蚀ploySi层，形成多晶娃，最后去化，清洗；
[0053] S10、在器件表面淀积一层场氧或者SisNjl，形成纯化层后，涂胶光刻，腐蚀纯化 层开电极接触孔，最后去胶，清洗；。
[0054] S11、采用电子束蒸发Ti/Ni/Au制作正面栅，源极，然后涂胶光刻，金属腐蚀形成 正面栅，源电极接触图形，在温度为1050°C，Ar气氛围中快速退火3min后，去胶，清洗。
[00巧]所述步骤S1的工艺条件是；温度为1600°C，压力为lOOmbar，反应气体采用硅烷和 丙烷，载运气体采用纯氨气，渗杂源采用液态氮气。所述步骤S2的工艺条件是：注入能量 为900KeV和450keV，对应的剂量为2X1〇12畑1-2、1. 2X10"cm-2,注入深度为1. 0ym。所述步 骤S3的工艺条件是；温度为1600°C，压力为lOOmbar，反应气体采用硅烷和丙烷，载运气体 采用纯氨气，渗杂源采用液态氮气。所述步骤S4中外延生长工艺条件是；温度为1600°C， 压力为lOOmbar，反应气体采用硅烷和丙烷，载运气体采用纯氨气，渗杂源采用S甲基侣； 步骤S5中的工艺条件为；温度为1600°C，压力为lOOmbar，反应气体采用硅烷和丙烷，载运 气体采用纯氨气，渗杂源采用液态氮气；步骤S6的工艺条件为JCP线圈功率850W，源功率 100W，反应气体SFe和〇2分别为48sccm和12sccm;步骤S7的工艺条件为JCP线圈功率 850W，源功率100W，反应气体SFe和02分别为48sccm和12sccm。
[005引实施例
[0057] 步骤al，在化碳化娃衬底片上外延生长N-漂移层；
[005引步骤al1，对厚度为200ym，氮离子渗杂浓度为5XIQiScnT3的化碳化娃衬底片进 行RCA标准清洗，
[0059] 步骤al2,在整个衬底片上外延生长厚度为lOym，氮离子渗杂浓度为6Xl〇i5cnT3 的N-漂移层。
[0060] 其工艺条件是；温度为1600°C，压力为lOOmbar，反应气体采用硅烷和丙烷，载运 气体采用纯氨气，渗杂源采用液态氮气。
[0061] 步骤bl，离子注入形成P+离子注入区；
[0062] 步骤bll，在650°C下，W侣作为掩膜，在一次N-漂移区上进行两次选择性离子 注入，注入能量为900KeV和45化eV，对应的剂量为2Xl〇i2cm-2、l. 2X10"cm-2,注入深度为 1. 0ym，注入后P+离子注入区的上半部分侣离子渗杂浓度为6Xl〇i7cnT3,P+离子注入区的 下半部分侣离子渗杂浓度为8 X l〇i6cnT3.
[0063] 步骤bl2,离子注入后在硅烷气氛下进行退火，退火温度为1650°C，退火时间为 lOmin。
[0064] 步骤cl，使用二次外延工艺形成二次N-漂移区；
[0065]步骤cl 1，对SiC样片使用标准RCA工艺进行清洗；
[006引步骤cl2,在SiC样片上外延生长厚度为2ym，氮离子渗杂浓度为6XIQiScnT3的N-漂移层。
[0067] 其工艺条件是；温度为1600。压力为lOOmbar，反应气体采用硅烷和丙烷，载运 气体采用纯氨气，渗杂源采用液态氮气。
[0068] 步骤dl,外延生长P-外延层，在^次N-漂移区上生长一层厚度为3ym,侣罔子渗 杂浓度为2X10"cnT3的P-外延层。
[0069] 其外延生长工艺条件是；温度为1600°C，压力为lOOmbar，反应气体采用硅烷和丙 烧，载运气体采用纯氨气，渗杂源采用=甲基侣。
[0070] 步骤el，外延生长化源区层，在P-外延层上生长一层厚度为0. 5ym，氮离子渗杂 浓度为5XIQiScnT3的N型碳化娃外延层，作为化源区层。
[0071] 其工艺条件是；温度为1600°C，压力为lOOmbar，反应气体采用硅烷和丙烷，载运 气体采用纯氨气，渗杂源采用液态氮气。
[0072] 步骤fl，刻蚀形成沟槽，首先磁控瓣射一层2000A的Ti膜作为ICP刻蚀掩膜，然 后涂胶光刻，进行ICP刻蚀，刻蚀出槽的宽度为3ym，深度为3ym，最后去胶，去刻蚀掩膜， 清洗成光片。
[0073] 其工艺条件为JCP线圈功率850W，源功率100W，反应气体SF6和02分别为48sccm 和12sccm。
[00 74] 步骤gl，刻蚀形成源区接触，首先磁控瓣射一层2000A的Ti膜作为ICP刻蚀掩 膜，然后涂胶光刻，进行ICP刻蚀，形成源区接触孔，最后去胶，去刻蚀掩膜，清洗成光片。
[00巧]其工艺条件为JCP线圈功率850W，源功率100W，反应气体SF6和02分别为48sccm和12sccm。
[0076] 步骤hi,制备槽栅介质Si02,采用干氧工艺在1150°C下制备Si02栅，厚度为 lOOnm，然后在1050°C，N2氛围下进行退火，降低Si02薄膜表面的粗趟度。
[0077] 步骤il，制备ploySi栅，采用低压热壁化学汽相淀积法生长ploySi填满沟槽，淀 积温度为600~650°C，淀积压强为60~80化，反应气体为硅烷和磯化氨，载运气体为氮 气，然后涂胶光刻，刻蚀ploySi层，形成多晶娃栅，最后去胶，清洗。
[0078] 步骤jl，制备纯化层，在器件表面淀积一层场氧或者Si3M层，然后涂胶光刻，腐 蚀纯化层开电极接触孔，最后去胶，清洗。
[0079] 步骤kl，制备电极，电子束蒸发Ti/Ni/Au制作正面栅，源电极，然后涂胶光刻，金 属腐蚀形成正面栅，源电极接触图形，去胶，清洗。
[0080] 在背面电子束蒸发Ti/Ni/Au制作背面漏电极，然后制作正面栅，源电极，最后在 Ar气氛中围快速退火3min，温度为1050°C。
[0081] W上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人 员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可W作出若干改进和润饰，该些改进和润饰也应 视为本发明的保护范围。
【主权项】
1. 带有双区浮动结的碳化硅UMOSFET器件，其特征在于，自下往上依次包括漏极（11)、 N+衬底（10)、一次N-漂移区（7)、P+离子注入区（9)和二次N-漂移区（8)，二次N-漂移 区（8)上设有槽栅介质（3)，槽栅介质（3)内设有多晶硅（2)，槽栅介质（3)两侧对称设有 P-外延层（6)和源区接触（5)，源区接触（5)位于P-外延层（6)上端，源区接触（5)上端 及其一侧均设有源极（4)，两侧源极（4)之间设有钝化层（12)和栅极（1)，钝化层（12)位 于栅极（1)两侧，P+离子注入区（9)分为上下对齐的两部分，形状相同，P+离子注入区（9) 的上半部分为铝离子注入，掺杂浓度为2 X 1017cnT3-7 X 1017cnT3,深度为0. 5 μ m，下半部分为 铝离子注入，掺杂浓度为I X l〇16cm_3-2 X 1017cm_3,深度为0. 5 μ m，P+离子注入区同时存在于 沟槽的两侧，P+离子注入区为水平分布的双区浮动结。2. 根据权利要求1所述的带有双区浮动结的碳化硅UMOSFET器件，其特征在于，所述槽 栅介质3为SiO2，厚度为100nm，多晶硅2为ploySi，深度为2. 9 μ m，宽度为2. 8 μ m，通过淀 积填充整个沟槽结构。3. 根据权利要求1所述的带有双区浮动结的碳化硅UMOSFET器件，其特征在于， 所述N+衬底10是厚度为200 μ m-500 μπι，氮离子掺杂浓度为5X IO18CnT3-I X IO2tlCnT3的N型碳化硅衬底片；一次N-漂移层7为厚度为10 μπι-2〇μπι，氮离子掺杂浓度为 I X 1015cm 3-6 X 1015cm 3的N型碳化娃外延层。4. 根据权利要求1所述的带有双区浮动结的碳化硅UMOSFET器件，其特征在于，所 述二次N-漂移层⑶是厚度为2 μπι-3 μπι，氮离子掺杂浓度为IX 1015cnT3-6X IO15CnT3的N型碳化娃外延层；P-外延层（6)是最大厚度为2. 5 μm-3 μm，错离子掺杂浓度为 I X IO17CnT3-I X IO18CnT3的P型碳化硅外延层；源区接触（5)是厚度为0. 5 μ m，氮离子掺杂 浓度为5 X IO18CnT3的N型碳化娃外延层。5. 带有双区浮动结的碳化硅UMOSFET器件的制备方法，其特征在于，包括如下步骤： 51、 取厚度为200 μ m，氮离子掺杂浓度为5 X IO18CnT3的N+碳化硅衬底片进行RCA标 准清洗，在清洗后的衬底片上外延生长厚度为厚度为10 μ m-20 μ m，氮离子掺杂浓度为 1 X 1015cm_3-6X 1015cm_3的一次 N-漂移区； 52、 在650°C下，以铝作为掩膜，在一次N-漂移区上进行两次选择性铝离子注入，注入 区上半部分掺杂浓度为6 X 1017cnT3,深度为0. 5 μ m，下半部分掺杂浓度为8 X IO16CnT3，深度 为0. 5 μ m离子注入后在硅烷气氛下进行退火，退火温度为1650°C，退火时间为10min，形成 所述P+离子注入区； 53、 在P+离子注入区和一次N-漂移层上面进行二次N-漂移区生长，厚度为 2. m_3 μ m，氮离子惨杂浓度为 I X 1015cm 3-6 X IO15Cm 3; 54、 在二次N-漂移层上生长一层最大厚度为2. 5 μπι-3 ym，铝离子掺杂浓度为 I X 1017cm_3-l X 1018cm_3的 P-外延层； 55、 在P-外延层上生长一层厚度为0. 5 μ m，氮离子掺杂浓度为5 X IO18CnT3的N型碳化 娃外延层，作为N+源区层； 56、 磁控溅射一层2000A的Ti膜作为ICP刻蚀掩膜，涂胶光刻，进行ICP刻蚀，刻蚀出 宽度为3 μm，深度为3 μm的槽，去胶，去刻蚀掩膜后，清洗成光片； 57、 磁控溅射一层2000A的Ti膜作为ICP刻蚀掩膜，涂胶光刻，进行ICP刻蚀，形成源 区接触，去胶，去刻蚀掩膜后，清洗成光片； 58、 采用干氧工艺在1150°C下制备厚度为IOOnm的槽栅介质SiO2，然后在1050°C，N2S 围下进行退火，降低SiCV薄膜表面的粗糙度； 59、 在淀积温度为600-650°C，淀积压强为60-80Pa，反应气体为硅烷和磷化氢，载运气 体为氦气的条件下，采用低压热壁化学汽相淀积法在槽栅介质SiO2上淀积polySi层后，涂 胶光刻，刻蚀PloySi层，形成多晶娃，最后去胶，清洗； 510、 在器件表面淀积一层场氧或者Si3N4层，形成钝化层后，涂胶光刻，腐蚀钝化层开 电极接触孔，最后去胶，清洗； 511、 采用电子束蒸发Ti/Ni/Au制作正面栅，源极，然后涂胶光刻，金属腐蚀形成正面 栅，源电极接触图形，在温度为1050°C，Ar气氛围中快速退火3min后，去胶，清洗。6. 根据权利要求5所述的带有双区浮动结的碳化硅UM0SFET器件的制备方法，其特征 在于，所述步骤Sl的工艺条件是：温度为1600°C，压力为lOOmbar，反应气体采用硅烷和丙 烷，载运气体采用纯氢气，掺杂源采用液态氮气。7. 根据权利要求5所述的带有双区浮动结的碳化硅UM0SFET器件的制备方法，其特征 在于，所述步骤S2的工艺条件是：注入能量为900KeV和450keV，对应的剂量为2 X 1012cnT2、 I. 2 X 1013cm_2,注入深度为 I. 0 μ m。8. 根据权利要求5所述的带有双区浮动结的碳化硅UM0SFET器件的制备方法，其特征 在于，所述步骤S3的工艺条件是：温度为1600°C，压力为lOOmbar，反应气体采用硅烷和丙 烷，载运气体采用纯氢气，掺杂源采用液态氮气。9. 根据权利要求5所述的带有双区浮动结的碳化硅UM0SFET器件的制备方法，其特征 在于，所述步骤S4中外延生长工艺条件是：温度为1600°C，压力为lOOmbar，反应气体采用 硅烷和丙烷，载运气体采用纯氢气，掺杂源采用三甲基铝；步骤S5中的工艺条件为：温度为 1600°C，压力为lOOmbar，反应气体采用硅烷和丙烷，载运气体采用纯氢气，掺杂源采用液态 氮气；步骤S6的工艺条件为：ICP线圈功率850W，源功率100W，反应气体SFjP 0 2分别为 48sccm和12sccm ;步骤S7的工艺条件为：ICP线圈功率850W，源功率100W，反应气体SFf^P O2分别为 48sccm 和 12sccm。
【专利摘要】本发明公开了一种带有双区浮动结的碳化硅UMOSFET器件及其制备方法，该器件自下往上依次包括漏极、N+衬底、一次N-漂移区、P+离子注入区和二次N-漂移区，二次N-漂移区上设有槽栅介质，槽栅介质内设有多晶硅，槽栅介质两侧对称设有P-外延层和源区接触，源区接触位于P-外延层上端，源区接触上端及其一侧均设有源极，两侧源极之间设有钝化层和栅极，钝化层位于栅极两侧，P+离子注入区分为上下对齐的两部分，P+离子注入区为水平分布的双区浮动结。本发明增加了双区浮动结，且浮动结上半部分掺杂浓度比下半部分掺杂浓度高，这样即保护了沟槽底部的拐角的提前击穿，同时也提高了器件的击穿电压。
【IPC分类】H01L29/06, H01L29/78, H01L21/336
【公开号】CN104900701
【申请号】CN201510190692
【发明人】汤晓燕, 田瑞彦, 宋庆文, 张艺蒙, 张玉明
【申请人】西安电子科技大学
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年4月18日
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