外延生长形成N型重掺杂漂移层台面的UMOSFET器件制备
方法
技术领域
背景技术
[0002] 第三代宽禁带
半导体材料
碳化
硅具有宽带隙,高临界击穿
电场,高电子饱和漂移速度和较高的热导率等优良的物理和化学性质,在高温,高压,大功率半导体器件的应用中具有很大优势。
[0003] 功率MOSFET作为
开关,其正向导通
电阻和反向击穿
电压是一对矛盾关系,而纵向结构的UMOSFET消除了寄生积累层电阻和JFET电阻,所以UMOSFET在这方面和横向结构的MOSFET相比具有一定的优势。
[0004] UMOSFET自身也存在缺点,其槽栅拐
角处的电场集中效应导致器件提前发生击穿,降低了器件的可靠性。一种能够降低槽栅拐角电场的带有N型漂移层台面的碳化硅UMOSFET器件,经被发明出来,该器件的P-外延层包裹了槽栅拐角,以SiC
PN结界面代替了拐角的SiO2/SiC界面来承受反向电压,提高了器件的可靠性。
[0005] 但是由于该方案中P-外延层包裹了槽栅拐角,使导电通路在台面处变窄,而且台面处的杂质浓度和漂移层浓度相等,掺杂浓度较低,这都是对导通电阻不利的因素。
[0006] 鉴于上述
缺陷,本发明创作者经过长时间的研究和实践终于获得了本创作。
发明内容
[0007] 本发明的目的在于提供一种外延生长形成N型重掺杂漂移层台面的UMOSFET器件制备方法,用以克服上述技术缺陷。
[0008] 为实现上述目的,本发明提供一种外延生长形成N型重掺杂漂移层台面的UMOSFET器件制备方法,该具体过程为:
[0009] 步骤a,外延生长N型漂移区:在碳化硅N+衬底样片上外延生长厚度约为10μm~15 -3 15 -3
20μm,氮离子掺杂浓度为1×10 cm ~5×10 cm 的N型漂移区;
[0010] 步骤b,外延生长形成台面的N+漂移层:在N型漂移区上面外延生长一层重掺杂17 -3 17 -3
的N+漂移层,厚度为1μm~2μm,氮离子掺杂浓度为1×10 cm ~5×10 cm ;
[0011] 步骤c,N+漂移层
刻蚀为台面:把N+漂移层刻蚀成一个台面,台面高度和N+漂移层的深度相等,台面宽度为3μm~4μm;
[0012] 步骤d,外延生长P-外延层:在N型漂移区和N+漂移层台面上生长一层P-外延17 -3 18 -3
层,厚度为3μm,
铝离子掺杂浓度为5×10 cm ~1×10 cm ;
[0013] 步骤e,外延生长N+源区层:在P-外延层上生长一层N+源区层,厚度为0.5μm,18 -3
掺杂浓度为5×10 cm ;
[0014] 步骤f,刻蚀成槽:在N型重掺杂漂移层台面正上方采用ICP刻蚀形成槽,宽度为6μm,深度为3μm,这样槽的两个底角被P-外延层包裹;
[0015] 步骤g,刻蚀形成源区:采用ICP刻蚀形成源区
接触;
[0016] 步骤h,
氧化形成槽栅:通
过热氧化工艺制备槽栅介质SiO2,厚度为100nm;
[0017] 步骤i,淀积
多晶硅:在槽栅内的槽栅介质SiO2上淀积polySi层;
[0018] 步骤j,开接触孔:制备
钝化层,开
电极接触孔;
[0019] 步骤k,制备电极:
蒸发金属,制备电极。
[0020] 进一步,在上述步骤a中,先对N型的碳化硅衬底片进行RCA标准清洗,然后在整15 -3 15 -3
个衬底片上外延生长厚度为10μm~20μm,氮离子掺杂浓度为1×10 cm ~5×10 cm的N-漂移层,其工艺条件是:
温度为1600℃,压
力为100mbar,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。
[0021] 进一步,上述步骤b中,
[0022] 外延生长形成台面的N+漂移层,厚度为1~2μm,氮离子掺杂浓度为17 -3 17 -3
1×10 cm ~5×10 cm ,其工艺条件为:温度为1600℃,压力为100mbar,反应气体采用硅烷和丙烷。
[0023] 进一步,上述步骤c中,工艺条件为:ICP线圈功率850W,源功率100W,反应气体SF6和O2分别为48sccm和12sccm。
[0024] 进一步,上述步骤d中,在N型漂移区和N+漂移层台面上生长一层P-外延层,厚17 -3 18 -3
度为3μm,铝离子掺杂浓度为5×10 cm ~1×10 cm ;其工艺条件为温度为1600℃,压力为100mbar,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。。
[0025] 进一步,在上述步骤e中,在P-外延层上生长一层厚度为0.5μm,氮离子掺杂浓度18 -3
为5×10 cm 的N型碳化硅外延层,作为N+源区层,其工艺条件是:温度为1600℃,压力为
100mbar,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。
[0026] 进一步,在上述步骤f中,首先
磁控溅射一层 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6μm,深度为3μm,最后去胶,去刻蚀掩膜,清洗成光片;工艺条件为:ICP线圈功率850W,源功率100W,反应气体SF6和O2分别为48sccm和12sccm。
[0027] 进一步,在上述步骤g中,首先磁控溅射一层 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;工艺条件为:ICP线圈功率850W,源功率100W,反应气体SF6和O2分别为48sccm和12sccm。
[0028] 进一步,在上述步骤h中,采用干氧工艺在1150℃下制备SiO2栅,厚度为100nm,然后在1050℃,N2氛围下进行
退火,降低SiO2
薄膜表面的粗糙度。
[0029] 进一步,在上述步骤i中,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℃,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,然后涂胶光刻,刻蚀ploySi层,形成多晶硅栅,最后去胶,清洗。
[0030] 与
现有技术相比较本发明的有益效果在于:本发明通过外延生长和刻蚀工艺提高了带有N-漂移层台面的碳化硅UMOSFET器件中的N型漂移区台面的掺杂浓度,降低了该器件的导通电阻。采用外延生长(CVD)技术形成台面的N+漂移层,能够形成高均匀性的薄膜;另外外延生长可以避免
离子注入以及离子注入后的高温退火激活过程,从而减少由离子注入带来的晶格损伤。
附图说明
[0031] 图1为本发明带有N型漂移层台面的碳化硅UMOSFET器件的结构示意图;
[0032] 图2为本发明带有N型漂移层台面的碳化硅UMOSFET器件的制作工艺
流程图。
具体实施方式
[0033] 以下结合附图,对本发明上述的和另外的技术特征和优点作更详细的说明。
[0034] 请参阅图2所示,其为本发明带有N型漂移层台面的碳化硅UMOSFET器件的结构示意图,该具体过程为:
[0035] 步骤a,外延生长N型漂移区:在碳化硅N+衬底样片上外延生长厚度约为10μm~15 -3 15 -3
20μm,氮离子掺杂浓度为1×10 cm ~5×10 cm 的N型漂移区;
[0036] 步骤b,外延生长形成台面的N+漂移层:在N型漂移区上面外延生长一层重掺杂17 -3 17 -3
的N+漂移层,厚度为1μm~2μm,氮离子掺杂浓度为1×10 cm ~5×10 cm ;外延生长
17 -3 17 -3
形成台面的N+漂移层,厚度为1~2μm,氮离子掺杂浓度为1×10 cm ~5×10 cm ,其工艺条件为:温度为1600℃,压力为100mbar,反应气体采用硅烷和丙烷;
[0037] 步骤c,N+漂移层刻蚀为台面:把N+漂移层刻蚀成一个台面,台面高度和N+漂移层的深度相等,台面宽度为3μm~4μm;其工艺条件为:ICP线圈功率850W,源功率100W,反应气体SF6和O2分别为48sccm和12sccm。
[0038] 步骤d,外延生长P-外延层:在N型漂移区和N+漂移层台面上生长一层P-外延17 -3 18 -3
层,厚度为3μm,铝离子掺杂浓度为5×10 cm ~1×10 cm ;
[0039] 步骤e,外延生长N+源区层:在P-外延层上生长一层N+源区层,厚度为0.5μm,18 -3
掺杂浓度为5×10 cm ;
[0040] 步骤f,刻蚀成槽:在N型重掺杂漂移层台面正上方采用ICP刻蚀形成槽,宽度为6μm,深度为3μm,这样槽的两个底角被P-外延层包裹;
[0041] 步骤g,刻蚀形成源区:采用ICP刻蚀形成源区接触;
[0042] 步骤h,氧化形成槽栅:通过热氧化工艺制备槽栅介质SiO2,厚度为100nm;
[0043] 步骤i,淀积多晶硅:在槽栅内的槽栅介质SiO2上淀积polySi层;
[0044] 步骤j,开接触孔:制备
钝化层,开电极接触孔;
[0045] 步骤k,制备电极:蒸发金属,制备电极。
[0047] 实施例一:
[0048] 步骤a1,外延生长N型漂移区,如图2中的a所示;
[0049] 先对N型的碳化硅衬底片进行RCA标准清洗,然后在整个衬底片上外延生长厚度15 -3
为10μm,氮离子掺杂浓度为1×10 cm 的N-漂移层,其工艺条件是:温度为1600℃,压力为100mbar,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。
[0050] 步骤b1,外延生长形成台面的N+漂移层,如图2中的b所示;
[0051] 在N-漂移层上生长1μm厚的N+漂移层,氮离子掺杂浓度为1×1017cm-3,其工艺条件是:温度为1600℃,压力为100mbar,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。
[0052] 步骤c1,N+漂移层刻蚀形成台面,如图2中的c所示;
[0053] 首先磁控溅射一层 的Ti膜作为ICP刻蚀掩膜,然后涂胶光刻,进行ICP刻蚀,将N+阱刻蚀成台面结构,台面高度等于N+阱深度台面宽度为3μm。最后去胶,去刻蚀掩膜,清洗成光片。ICP刻蚀工艺条件为:ICP线圈功率850W,源功率100W,反应气体SF6和O2分别为48sccm和12sccm。
[0054] 步骤d1,外延生长P-外延层,如图2中的d所示;
[0055] 在N型漂移区和重掺杂的漂移区台面上生长一层厚度为3μm,铝离子掺杂浓度为17 -3
5×10 cm 的P-外延层,其外延生长工艺条件是:温度为1600℃,压力为100mbar,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。
[0056] 步骤e1,外延生长N+源区层,如图2中的e所示;18 -3
[0057] 在P-外延层上生长一层厚度为0.5μm,氮离子掺杂浓度为5×10 cm 的N型碳化硅外延层,作为N+源区层,其工艺条件是:温度为1600℃,压力为100mbar,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。
[0058] 步骤f1,刻蚀成槽,如图2中的f所示;
[0059] 首先磁控溅射一层 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6μm,深度为3μm,最后去胶,去刻蚀掩膜,清洗成光片。工艺条件为:ICP线圈功率850W,源功率100W,反应气体SF6和O2分别为48sccm和12sccm。
[0060] 步骤g1,刻蚀形成源区,如图2中的g所示;
[0061] 首先磁控溅射一层 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。工艺条件为:ICP线圈功率850W,源功率100W,反应气体SF6和O2分别为48sccm和12sccm。
[0062] 步骤h1,氧化形成槽栅,如图2中的h所示;
[0063] 采用干氧工艺在1150℃下制备SiO2栅,厚度为100nm,然后在1050℃,N2氛围下进行退火,降低SiO2薄膜表面的粗糙度。
[0064] 步骤i1,淀积多晶硅,如图2中的i所示;
[0065] 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℃,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,然后涂胶光刻,刻蚀ploySi层,形成多晶硅栅,最后去胶,清洗。
[0066] 步骤j1,开接触孔,如图2中的j所示;
[0067] 在器件表面淀积一层场氧或者Si3N4层,然后涂胶光刻,
腐蚀钝化层开电极接触孔,最后去胶,清洗。
[0068] 步骤k1,制备电极,如图2中的k所示;
[0069]
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。
[0070] 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℃。
[0071] 实施例二:
[0072] 步骤a2,外延生长N型漂移区;
[0073] 先对N型的碳化硅衬底片进行RCA标准清洗,然后在整个衬底片上外延生长厚度15 -3
为20μm,氮离子掺杂浓度为5×10 cm 的N-漂移层,其工艺条件是:温度为1600℃,压力为100mbar,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。
[0074] 步骤b2,外延生长形成台面的N+漂移层;
[0075] 在N-漂移层上生长2μm厚的N+漂移层,氮离子掺杂浓度为5×1017cm-3,其工艺条件是:温度为1600℃,压力为100mbar,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。
[0076] 步骤c2,N+漂移层刻蚀形成台面;
[0077] 首先磁控溅射一层 的Ti膜作为ICP刻蚀掩膜,然后涂胶光刻,进行ICP刻蚀,将N+漂移层刻蚀成台面结构,台面高度等于N+漂移层厚度,台面宽度为4μm。最后去胶,去刻蚀掩膜,清洗成光片。ICP刻蚀工艺条件为:ICP线圈功率850W,源功率100W,反应气体SF6和O2分别为48sccm和12sccm。
[0078] 步骤d2,外延生长P-外延层;
[0079] 在N型漂移区和重掺杂的漂移区台面上生长一层厚度为3μm,铝离子掺杂浓度为1×1018cm-3的P-外延层,其外延生长工艺条件是:温度为1600℃,压力为100mbar,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。
[0080] 步骤e2,与实施例一的步骤e1相同。
[0081] 步骤f2,与实施例一的步骤f1相同。
[0082] 步骤g2,与实施例一的步骤g1相同。
[0083] 步骤h2,与实施例一的步骤h1相同。
[0084] 步骤i2,与实施例一的步骤i1相同。
[0085] 步骤j2,与实施例一的步骤j1相同。
[0086] 步骤k2,与实施例一的步骤k1相同。
[0087] 实施例三:
[0088] 步骤a3,外延生长N型漂移区;
[0089] 先对N型的碳化硅衬底片进行RCA标准清洗,然后在整个衬底片上外延生长厚度为15μm,氮离子掺杂浓度为3×1015cm-3的N-漂移层,其工艺条件是:温度为1600℃,压力为100mbar,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。
[0090] 步骤b3,外延生长形成台面的N+漂移层;
[0091] 在N-漂移层上生长1.5μm厚的N+漂移层,氮离子掺杂浓度为3×1017cm-3,其工艺条件是:温度为1600℃,压力为100mbar,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。
[0092] 步骤c3,N+漂移层刻蚀形成台面;
[0093] 首先磁控溅射一层 的Ti膜作为ICP刻蚀掩膜,然后涂胶光刻,进行ICP刻蚀,将N+漂移层刻蚀成台面结构,台面高度等于N+漂移层厚度,台面宽度为3.5μm。最后去胶,去刻蚀掩膜,清洗成光片。ICP刻蚀工艺条件为:ICP线圈功率850W,源功率100W,反应气体SF6和O2分别为48sccm和12sccm。
[0094] 步骤d3,外延生长P-外延层;
[0095] 在N型漂移区和重掺杂的漂移区台面上生长一层厚度为3μm,铝离子掺杂浓度为17 -3
8×10 cm 的P-外延层,其外延生长工艺条件是:温度为1600℃,压力为100mbar,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。
[0096] 步骤e3,与实施例一的步骤e1相同。
[0097] 步骤f3,与实施例一的步骤f1相同。
[0098] 步骤g3,与实施例一的步骤g1相同。
[0099] 步骤h3,与实施例一的步骤h1相同。
[0100] 步骤i3,与实施例一的步骤i1相同。
[0101] 步骤j3,与实施例一的步骤j1相同。
[0102] 步骤k3,与实施例一的步骤k1相同。
[0103] 以上所述仅为本发明的较佳实施例,对发明而言仅仅是说明性的,而非限制性的。本专业技术人员理解,在发明
权利要求所限定的精神和范围内可对其进行许多改变,
修改,甚至等效,但都将落入本发明的保护范围内。