專利名稱：N溝道積累型SiC IEMOSFET器件及制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于微電子技術(shù)領(lǐng)域，涉及半導(dǎo)體器件，特別是一種N溝道積累型SiC IEM0SFET器件及制備方法。
背景技術(shù)：
SiC以其優(yōu)良的物理化學(xué)特性和電學(xué)特性成為制造高溫、大功率電子器件的一種最有優(yōu)勢(shì)的半導(dǎo)體材料，并且具有遠(yuǎn)大于Si材料的功率器件品質(zhì)因子。SiC功率器件 MOSFET的研發(fā)始于20世紀(jì)90年代，具有輸入阻抗高、開關(guān)速度快、工作頻率高、耐高溫高壓等一系列優(yōu)點(diǎn)，已在開關(guān)穩(wěn)壓電源、高頻加熱、汽車電子以及功率放大器等方面取得了廣泛的應(yīng)用。然而，目前SiC功率MOS器件SiC和SiA的接觸界面質(zhì)量較差，高密度的界面態(tài)和界面粗糙導(dǎo)致器件溝道遷移率和導(dǎo)通電阻嚴(yán)重退化，甚至使基于SiC的器件的性能還達(dá)不到基于Si的器件的性能。因此，如何通過(guò)工藝和結(jié)構(gòu)改進(jìn)來(lái)降低SiC和SiA的接觸界面粗糙和界面態(tài)密度一直是比較活躍的課題。離子注入及高溫退火工藝是造成SiC MOS器件界面粗糙的主要原因。研究表明 1600度左右的高溫退火后表面的粗糙度會(huì)增加10倍以上。而嚴(yán)重的界面粗糙度還會(huì)導(dǎo)致柵氧化層的可靠性降低。雙外延MOSFET通過(guò)P+和p_兩次外延形成ρ阱，避免了離子注入工藝導(dǎo)致的界面粗糙及高濃度P型雜質(zhì)對(duì)器件溝道遷移率的影響。但是P+外延之后的溝槽刻蝕所形成的界面凹槽會(huì)導(dǎo)致器件的擊穿特性明顯退化。為解決這一問(wèn)題，SHINSUKE HARAD等人于2008年提出一種IEM0SFET如圖1所示，包括柵極l、Si&隔離介質(zhì)2、源極3、源區(qū)N+接觸4、P+接觸5、掩埋溝道區(qū)6、P_外延層7、JFET區(qū)域8、P阱9、N—漂移層10、N+襯底11和漏極12。這種IEM0SFET結(jié)構(gòu)采用選擇性離子注入形成P阱底部的P+層，然后外延形成P-層，避免了溝槽刻蝕的過(guò)程。并結(jié)合掩埋溝道結(jié)構(gòu)，削弱了 SiC和S^2的接觸界面對(duì)溝道遷移率的影響，大幅降低了器件的導(dǎo)通電阻，擊穿電壓1100V的器件導(dǎo)通電阻達(dá)到4. 3mΩ · cm2。采用這種結(jié)構(gòu)和工藝雖然在一定程度上改善了器件的界面特性，但是由于器件的掩埋溝道6仍由離子注入形成，所帶來(lái)的SiC和S^2的接觸界面粗糙、高晶格損傷、低激活率等一系列問(wèn)題，使得反型層電子遷移率大幅度降低、器件的導(dǎo)通電阻增大，嚴(yán)重的影響了器件的性能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于保留上述IEM0SFET已有的優(yōu)點(diǎn)，并對(duì)上述已有技術(shù)的缺點(diǎn)進(jìn)行改進(jìn)，提供一種高電子遷移率低導(dǎo)通電阻的SiC MOSFET結(jié)構(gòu)和工藝方法，以抑制注入工藝所帶來(lái)的SiC和SiO2的接觸界面粗糙、高晶格損傷、低激活率等一系列問(wèn)題對(duì)器件性能的影響，提高器件的性能。本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的
本發(fā)明的器件結(jié)構(gòu)是在日本產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合研究所SHINSUKE HARADA等人提出的 IEM0SFET結(jié)構(gòu)上做出改進(jìn)，將η型埋溝的形成工藝由離子注入改為第三次外延，以避免由注入工藝形成溝道所帶來(lái)的界面粗糙、高晶格損傷、低激活率等一系列問(wèn)題。一.本發(fā)明的器件自上而下包括柵極、SiOJS離介質(zhì)、源極、源區(qū)N+接觸、P+接觸、P.外延層、JFET區(qū)域、P阱、N—漂移層、N+襯底和漏極，其中，在SiA隔離介質(zhì)與JFET區(qū)域之間設(shè)有N—外延積累層，以保證器件在工作狀態(tài)下的導(dǎo)電溝道深度，減少表面散射對(duì)遷移率的影響。所述的N—外延積累層，縱向位于SiA隔離介質(zhì)與JFET區(qū)域之間，橫向位于兩個(gè)源區(qū)N+接觸之間。所述的Ν_外延積累層厚度為0. 1 μ m 0. 2 μ m。所述的柵電極采用磷離子摻雜的多晶硅，摻雜濃度為5X1019cm_3 lX102°cm_3。所述的SW2隔離介質(zhì)的厚度范圍為50nm lOOnm。所述的P—外延層采用硼離子摻雜，摻雜濃度為IX IO15CnT3 IX IO16cnT3。二 .本發(fā)明的器件的制作方法，包括如下順序(1)在N+碳化硅襯底片上生長(zhǎng)8 9 μ m氮離子摻雜的N_漂移層，摻雜濃度為 IX IO15CnT3 2X IO15CnT3，外延溫度為1570°C，壓力為lOOmbar，反應(yīng)氣體是硅烷和丙烷，載運(yùn)氣體為純氫氣，雜質(zhì)源為液態(tài)氮?dú)猓?2)在氮離子摻雜的N—漂移層上進(jìn)行多次鋁離子選擇性注入，形成深度為 0. 5 μ m，摻雜濃度為3 X IO18CnT3的P阱，注入溫度為650°C ；(3)在整個(gè)碳化硅片正面外延生長(zhǎng)厚度為0.4μπι的鋁離子摻雜外延層，摻雜濃度為IX IO15CnT3 IX IO16CnT3，外延溫度為1570°C，壓力為lOOmbar，反應(yīng)氣體是硅烷和丙烷，載運(yùn)氣體為純氫氣，雜質(zhì)源為三甲基鋁；(4)在ρ阱中間區(qū)域進(jìn)行多次氮離子選擇性注入，形成深度為0. 4 μ m，摻雜濃度為 1 X IO17CnT3的JFET區(qū)，注入溫度為5000C ；(5)在整個(gè)碳化硅片正面外延生長(zhǎng)0. Iym 0.2 μπι厚的氮離子摻雜的N_外延積累層，摻雜濃度為4X1016cm_3，外延溫度為1570°C，壓力為lOOmbar，反應(yīng)氣體是硅烷和丙烷，載運(yùn)氣體為純氫氣，雜質(zhì)源為液態(tài)氮?dú)猓?6)在氮離子摻雜的N_外延積累層上先進(jìn)行多次氮離子選擇性注入，形成深度為 0. 25 μ m，摻雜濃度為IXlO19cnT3的N+源區(qū)，注入溫度為500°C ；再在氮離子摻雜的N—外延積累層上進(jìn)行多次鋁離子選擇性注入，形成深度為0. 5 μ m，摻雜濃度為1 X IO19CnT3的P+接觸，注入溫度為650°C ；(7)對(duì)整個(gè)碳化硅正面依次進(jìn)行干氧氧化和濕氧氧化，形成50nm IOOnm的SW2 隔離介質(zhì)，干氧氧化溫度為1200°C，濕氧氧化溫度為950°C ；(8)在SW2隔離介質(zhì)上淀積形成200nm的磷離子摻雜的多晶硅柵，摻雜濃度為 5 X IO19CnT3 1 X IO20Cm"3,淀積溫度為600 650°C，淀積壓強(qiáng)為60 80Pa，反應(yīng)氣體為硅烷和磷化氫，載運(yùn)氣體為氦氣；(9)淀積300nm/100nm的Al/Ti合金，作為源極和漏極的接觸金屬層，并在 1100士50°C溫度下的氮?dú)鈿夥罩型嘶?分鐘形成歐姆接觸。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點(diǎn)
1)本發(fā)明由于采用外延形成導(dǎo)電溝道，而不是采用注入形成，從而抑制了注入工藝所帶來(lái)的SiC和SiO2的接觸界面粗糙、高晶格損傷、低激活率等一系列問(wèn)題。2)本發(fā)明由于采用外延形成導(dǎo)電溝道，使得SiC和SW2的界面粗糙度降低，從而降低表面散射對(duì)遷移率的影響，使得載流子遷移率大幅增大；同時(shí)也降低了器件的導(dǎo)通電阻，使得器件工作時(shí)的功耗降低，得到更好的器件性能。3)本發(fā)明的N—外延積累層采用低摻雜外延，使得導(dǎo)電溝道具有一定的深度，從而降低了表面散射對(duì)遷移率的影響。4)本發(fā)明在制造上采用外延工藝替代注入工藝形成導(dǎo)電溝道，工藝簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)。


圖1是SHINSUKE HARADA等提出的IEM0SFET器件結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本發(fā)明提供的N溝道積累型SiC IEM0SFET器件示意圖。圖3是本發(fā)明的制作流程圖。
具體實(shí)施例方式參照?qǐng)D2，本發(fā)明的器件結(jié)構(gòu)自上而下依次包括多晶硅柵1、SiO2隔離介質(zhì)2、源極金屬3、源區(qū)N+接觸4、P+接觸5、N—外延積累層6 ‘、P—外延層7、JFET區(qū)域8、P阱9、 Ν_漂移層10、N+襯底11和漏極12。其中，N+襯底11為高摻雜的碳化硅襯底-X襯底11之上的凸形區(qū)是8 9 μ m氮離子摻雜的N_漂移層10，摻雜濃度為1 X IO15CnT3 2 X 1015cm_3 ；P阱9是多次鋁離子選擇性注入形成的深度為0. 5 μ m，摻雜濃度為3 X IO18CnT3的區(qū)域，位于凸形N_漂移層10的左右上角；N—漂移層10的正上方是多次氮離子選擇性注入，形成的深度為0. 4 μ m，摻雜濃度為 1 X IO17CnT3的JFET區(qū)域8 JFET區(qū)域8左右相接的區(qū)域是厚度為0. 4 μ m的鋁離子摻雜的 P_外延層7，摻雜濃度為1 X IO15CnT3 1 X IO16CnT3 ；P阱9的左右上角是多次鋁離子選擇性注入形成的深度為0. 5 μ m，摻雜濃度為1 X IO19CnT3的P+接觸5 ；靠近P+接觸5的是多次氮離子選擇性注入形成的深度為0. 25 μ m,摻雜濃度為1 X IO19CnT3的源區(qū)N+接觸4 ;N_外延積累層6 ‘為0. 1 μ m 0. 2 μ m厚的氮離子摻雜的N_外延積累層，摻雜濃度為4X 1016cm_3，該 N_外延積累層6'橫向位于左源區(qū)如的N+接觸和右源區(qū)4b的N+接觸之間，縱向位于JFET 區(qū)域8之上；SW2隔離介質(zhì)2的厚度為50nm lOOnm，位于N—外延積累層6‘的上方；多晶硅柵1是由淀積形成的200nm磷離子摻雜的多晶硅，摻雜濃度為5X IO19CnT3 IX 102°cm_3， 位于SW2隔離介質(zhì)2的正上方；源極金屬3是通過(guò)淀積形成的300nm/100nm的Al/Ti合金， 位于源區(qū)N+接觸4和P+接觸5的上方；漏極12是通過(guò)淀積形成的300nm/100nm的Al/Ti 合金，位于碳化硅襯底11的背面。參照?qǐng)D3，本發(fā)明器件的制作方法通過(guò)下面實(shí)施例說(shuō)明。實(shí)施例1步驟1.在N+碳化硅襯底片上外延生長(zhǎng)N—漂移層。對(duì)N+碳化硅襯底片11采用RCA清洗標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行清洗，然后在襯底表面外延生長(zhǎng)厚度為8 μ m，氮離子摻雜濃度為1 X IO15CnT3的N_漂移層10，如圖3a，其工藝條件是外延溫度為1570°C，壓力為lOOmbar，反應(yīng)氣體采用硅烷和丙烷，載運(yùn)氣體采用純氫氣，雜質(zhì)源采用液態(tài)氮?dú)?。步驟2.多次鋁離子選擇性注入形成P阱。(2. 1)通過(guò)低壓熱壁化學(xué)氣相淀積法在碳化硅片正面淀積一層厚度為0. 2μπι的 SiO2層，然后再淀積厚度為1 μ m的Al來(lái)作為P阱9離子注入的阻擋層，通過(guò)光刻和刻蝕來(lái)形成P阱注入?yún)^(qū)；(2.2)在650°C的環(huán)境溫度下對(duì)P阱注入?yún)^(qū)進(jìn)行四次Al離子注入，先后采用450keV、300keV、200keV和120keV的注入能量，將注入劑量為7. 97 X IO1W, 4. 69 X IO1W2,3. 27 X IO1W和2. 97 X IO1W2的鋁離子，注入到P阱注入?yún)^(qū)，形成深度為
0.5 μ m，摻雜濃度為3 X IO18CnT3的P阱9，如圖北；(2. 3)采用RCA清洗標(biāo)準(zhǔn)對(duì)碳化硅表面進(jìn)行清洗，烘干后制作C膜保護(hù)；然后在 1700 1750°C氬氣氛圍中進(jìn)行離子激活退火lOmin。步驟3.外延生長(zhǎng)P—外延層。在碳化硅片正面外延生長(zhǎng)厚度為0. 4 μ m，鋁離子摻雜濃度為1 X IO15CnT3的P_外延層7，如圖3c，其工藝條件是外延溫度為1570°C，壓力為lOOmbar，反應(yīng)氣體采用硅烷和丙烷，載運(yùn)氣體采用純氫氣，雜質(zhì)源采用三甲基鋁。步驟4.多次氮離子選擇性注入形成JFET區(qū)。(4. 1)通過(guò)低壓熱壁化學(xué)氣相淀積法在碳化硅片正面淀積一層厚度為0. 2 μ m的 SiO2層，然后再淀積厚度為1 μ m的Al作為JFET區(qū)8離子注入的阻擋層，通過(guò)光刻和刻蝕形成JFET注入?yún)^(qū)；(4.2)在500°C的環(huán)境溫度下對(duì)JFET注入?yún)^(qū)進(jìn)行四次氮離子注入，先后采用300keV、200keV、140keV和80keV的注入能量，將注入劑量分別為1. TOXIOiW2,
1.29X IO12CnT2U. 03X IO12Cnr2 禾口 1. 13X IO12CnT2 的氮離子，注入到 JFET 注入?yún)^(qū)，形成深度為0. 4 μ m，摻雜濃度為1 X IO17CnT3的JFET區(qū)8，如圖3d ；(4. 3)采用RCA清洗標(biāo)準(zhǔn)對(duì)碳化硅表面進(jìn)行清洗，烘干后制作C膜保護(hù)；然后在 1700 1750°C氬氣氛圍中進(jìn)行離子激活退火lOmin。步驟5.外延生長(zhǎng)外延積累層。在碳化硅片正面外延生長(zhǎng)厚度為0. 1 μ m，摻雜濃度為4X IO16CnT3的外延積累層 6'，如圖3e，其工藝條件是外延溫度為1570°C，壓力為lOOmbar，反應(yīng)氣體采用硅烷和丙烷，載運(yùn)氣體采用純氫氣，雜質(zhì)源采用液態(tài)氮?dú)狻２襟E6.多次氮離子選擇性注入形成源區(qū)N+接觸，多次鋁離子選擇性注入形成P+ 接觸。(6. 1)通過(guò)低壓熱壁化學(xué)氣相淀積法在碳化硅片正面淀積一層厚度為0. 2 μ m的 SiO2層，然后再淀積厚度為1 μ m的Al來(lái)作為源區(qū)N+接觸離子注入的阻擋層，通過(guò)光刻和刻蝕來(lái)形成源區(qū)N+接觸注入?yún)^(qū)。(6. 2)在500°C的環(huán)境溫度下對(duì)源區(qū)N+接觸注入?yún)^(qū)進(jìn)行四次氮離子注入，先后采用200keV、140keV、IOOkeV和65keV的注入能量，將注入劑量為1. 49 X IO1W2, 7. 99 X IO13Cm"2,7. 25 X IO13CnT2和7. 02 X IO13CnT2的氮離子，注入到N+接觸的注入?yún)^(qū)，形成深度為0. 25 μ m,摻雜濃度為1 X IO19CnT3的源區(qū)N+接觸4，如圖3f ；
7
(6. 3)通過(guò)低壓熱壁化學(xué)氣相淀積法在碳化硅片正面淀積一層厚度為0. 2 μ m的 SiO2層，然后再淀積厚度為1 μ m的Al來(lái)作為P+接觸離子注入的阻擋層，通過(guò)光刻和刻蝕來(lái)形成P+接觸注入?yún)^(qū)；(6.4)在650°C的環(huán)境溫度下對(duì)P+接觸注入?yún)^(qū)進(jìn)行四次Al離子注入，先后采用450keV、300keV、200keV和120keV的注入能量，將注入劑量為2. 63 X IO1W2, 1. 55 X IO14Cm-2,1. 08 X IO14CnT2和9. 79 X IO1W2的鋁離子，注入到P+接觸注入?yún)^(qū)，形成深度為0. 5 μ m，摻雜濃度為1 X IO19CnT3的P+接觸5，如圖3f ；(6. 5)采用RCA清洗標(biāo)準(zhǔn)對(duì)碳化硅表面進(jìn)行清洗，烘干后制作C膜保護(hù)，然后在 1700 1750°C氬氣氛圍中進(jìn)行離子激活退火lOmin。步驟7.氧化形成柵氧化膜。(7. 1)先在1200°C下干氧氧化一個(gè)小時(shí)之后，再在950°C下濕氧氧化一個(gè)小時(shí)，形成厚度為50nm的氧化膜；(7. 2)通過(guò)光刻、刻蝕形成SW2隔離介質(zhì)2，如圖3g。步驟8.淀積形成摻雜濃度為5X 1019cm_3，厚度為200nm的磷離子重?fù)诫s的多晶硅柵。用低壓熱壁化學(xué)氣相淀積法在碳化硅正面淀積生長(zhǎng)200nm的多晶硅，然后通過(guò)光刻、刻蝕保留住柵氧化膜上的多晶硅，形成磷離子摻雜濃度為5 X 1019cnT3，厚度為200nm的多晶硅柵1，如圖池，其工藝條件是淀積溫度為600 650°C，淀積壓強(qiáng)為60 80Pa，反應(yīng)氣體采用硅烷和磷化氫，載運(yùn)氣體采用氦氣。步驟9.淀積形成源接觸金屬層和漏接觸金屬層。(9. 1)對(duì)整個(gè)碳化硅片的正面進(jìn)行涂膠、顯影，形成N+以及P+歐姆接觸區(qū)域，淀積 300nm/100nm的Al/Ti合金，之后通過(guò)超聲波剝離使正面形成源極金屬3，如圖3i ；(9. 2)在襯底背面淀積300nm/100nm的Al/Ti合金，作為漏極12，如圖3i ；(9.幻在1100士50°C的氮?dú)鈿夥罩?，?duì)整個(gè)碳化硅片退火3分鐘，形成歐姆接觸電極。實(shí)施例2第一步.在N+碳化硅襯底片上外延生長(zhǎng)N—漂移層。對(duì)N+碳化硅襯底片11采用RCA清洗標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行清洗，然后在襯底表面外延生長(zhǎng)厚度為8. 5 μ m,氮離子摻雜濃度為1. 5 X IO15cnT3的N—漂移層10，如圖3a,其工藝條件是外延溫度為1570°C，壓力為lOOmbar，反應(yīng)氣體采用硅烷和丙烷，載運(yùn)氣體采用純氫氣，雜質(zhì)源采用液態(tài)氮?dú)?。第二?多次鋁離子選擇性注入形成P阱。(2. 1)通過(guò)低壓熱壁化學(xué)氣相淀積法在碳化硅片正面淀積一層厚度為0. 2μπι的 SiO2層，然后再淀積厚度為1 μ m的Al來(lái)作為P阱9離子注入的阻擋層，通過(guò)光刻和刻蝕來(lái)形成P阱注入?yún)^(qū)；(2.2)在650°C的環(huán)境溫度下對(duì)P阱注入?yún)^(qū)進(jìn)行四次Al離子注入，先后采用450keV、300keV、200keV和120keV的注入能量，將注入劑量為7. 97 X IO1W, 4. 69 X IO1W2,3. 27 X IO1W和2. 97 X IO1W2的鋁離子，注入到P阱注入?yún)^(qū)，形成深度為 0. 5 μ m，摻雜濃度為3 X IO18CnT3的P阱9，如圖北；
(2. 3)采用RCA清洗標(biāo)準(zhǔn)對(duì)碳化硅表面進(jìn)行清洗，烘干后制作C膜保護(hù)；然后在 1700 1750°C氬氣氛圍中進(jìn)行離子激活退火lOmin。第三步.外延生長(zhǎng)P—外延層。在碳化硅片正面外延生長(zhǎng)厚度為0. 4 μ m，鋁離子摻雜濃度為5 X IO15CnT3的P_外延層7，如圖3c，其工藝條件是外延溫度為1570°C，壓力為lOOmbar，反應(yīng)氣體采用硅烷和丙烷，載運(yùn)氣體采用純氫氣，雜質(zhì)源采用三甲基鋁。第四步.多次氮離子選擇性注入形成JFET區(qū)。(4. 1)通過(guò)低壓熱壁化學(xué)氣相淀積法在碳化硅片正面淀積一層厚度為0. 2 μ m的 SiO2層，然后再淀積厚度為1 μ m的Al作為JFET區(qū)8離子注入的阻擋層，通過(guò)光刻和刻蝕形成JFET注入?yún)^(qū)；(4.2)在500°C的環(huán)境溫度下對(duì)JFET注入?yún)^(qū)進(jìn)行四次氮離子注入，先后采用300keV、200keV、140keV和80keV的注入能量，將注入劑量分別為1. TOXIOiW2, 1. 29 X IO12Cm"2,1. 03 X IO12CnT2和1. 13 X IO12CnT2的氮離子，注入到JFET注入?yún)^(qū)，形成深度為
0.4 μ m，摻雜濃度為1 X IO17CnT3的JFET區(qū)8，如圖3d ；(4. 3)采用RCA清洗標(biāo)準(zhǔn)對(duì)碳化硅表面進(jìn)行清洗，烘干后制作C膜保護(hù)；然后在 1700 1750°C氬氣氛圍中進(jìn)行離子激活退火lOmin。第五步.外延生長(zhǎng)N_外延積累層。在碳化硅片正面外延生長(zhǎng)厚度為0. 15 μ m，摻雜濃度為4 X 1016cm_3的N_外延積累層6'，如圖3e，其工藝條件是外延溫度為1570°C，壓力為lOOmbar，反應(yīng)氣體采用硅烷和丙烷，載運(yùn)氣體采用純氫氣，雜質(zhì)源采用液態(tài)氮?dú)狻５诹?多次氮離子選擇性注入形成源區(qū)N+接觸，多次鋁離子選擇性注入形成P+ 接觸。(6. 1)通過(guò)低壓熱壁化學(xué)氣相淀積法在碳化硅片正面淀積一層厚度為0. 2 μ m的 SiO2層，然后再淀積厚度為1 μ m的Al來(lái)作為源區(qū)N+接觸離子注入的阻擋層，通過(guò)光刻和刻蝕來(lái)形成源區(qū)N+接觸注入?yún)^(qū)。(6. 2)在500°C的環(huán)境溫度下對(duì)源區(qū)N+接觸注入?yún)^(qū)進(jìn)行四次氮離子注入，先后采用200keV、140keV、IOOkeV和65keV的注入能量，將注入劑量為1. 49 X IO1W2, 7. 99 X IO13Cm"2,7. 25 X IO13CnT2和7. 02 X IO13CnT2的氮離子，注入到N+接觸的注入?yún)^(qū)，形成深度為0.25 μ m，摻雜濃度為IXlO19cnT3的源區(qū)N+接觸4，如圖3f ；(6. 3)通過(guò)低壓熱壁化學(xué)氣相淀積法在碳化硅片正面淀積一層厚度為0. 2 μ m的 SiO2層，然后再淀積厚度為1 μ m的Al來(lái)作為P+接觸離子注入的阻擋層，通過(guò)光刻和刻蝕來(lái)形成P+接觸注入?yún)^(qū)；(6.4)在650°C的環(huán)境溫度下對(duì)P+接觸注入?yún)^(qū)進(jìn)行四次Al離子注入，先后采用450keV、300keV、200keV和120keV的注入能量，將注入劑量為2. 63 X IO1W2,
1.55 X IO14Cm-2,1. 08 X IO14CnT2和9. 79 X IO1W2的鋁離子，注入到P+接觸注入?yún)^(qū)，形成深度為0. 5 μ m，摻雜濃度為1 X IO19CnT3的P+接觸5，如圖3f ；(6. 5)采用RCA清洗標(biāo)準(zhǔn)對(duì)碳化硅表面進(jìn)行清洗，烘干后制作C膜保護(hù)，然后在 1700 1750°C氬氣氛圍中進(jìn)行離子激活退火lOmin。第七步.氧化形成柵氧化膜。
(7. 1)在1200°C下干氧氧化兩個(gè)小時(shí)之后，再在950°C下濕氧氧化一個(gè)小時(shí)，形成厚度為70nm的氧化膜；(7. 2)通過(guò)光刻、刻蝕形成SW2隔離介質(zhì)2，如圖3g。第八步.淀積形成摻雜濃度為7X1019cm_3，厚度為200nm的磷離子重?fù)诫s的多晶硅柵。用低壓熱壁化學(xué)氣相淀積法在碳化硅正面淀積生長(zhǎng)200nm的多晶硅，然后通過(guò)光刻、刻蝕保留住柵氧化膜上的多晶硅，形成磷離子摻雜濃度為5 X 1019cnT3，厚度為200nm的多晶硅柵1，如圖池，其工藝條件是淀積溫度為600 650°C，淀積壓強(qiáng)為60 80Pa，反應(yīng)氣體采用硅烷和磷化氫，載運(yùn)氣體采用氦氣。第九步.淀積形成源接觸金屬層和漏接觸金屬層。(9. 1)對(duì)整個(gè)碳化硅片的正面進(jìn)行涂膠、顯影，形成N+以及P+歐姆接觸區(qū)域，淀積 300nm/100nm的Al/Ti合金，之后通過(guò)超聲波剝離使正面形成源極金屬3，如圖3i ；(9. 2)在襯底背面淀積300nm/100nm的Al/Ti合金，作為漏極12，如圖3i ；(9.幻在1100士50°C的氮?dú)鈿夥罩校瑢?duì)整個(gè)碳化硅片退火3分鐘，形成歐姆接觸電極。實(shí)施例3步驟A.在N+碳化硅襯底片上外延生長(zhǎng)N—漂移層。對(duì)N+碳化硅襯底片11采用RCA清洗標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行清洗，然后在襯底表面外延生長(zhǎng)厚度為9 μ m，氮離子摻雜濃度為2 X IO15CnT3的N_漂移層10，如圖3a，其工藝條件是外延溫度為 1570°C，壓力為lOOmbar，反應(yīng)氣體采用硅烷和丙烷，載運(yùn)氣體采用純氫氣，雜質(zhì)源采用液態(tài)氮?dú)狻２襟EB.多次鋁離子選擇性注入形成P阱。(Bi)通過(guò)低壓熱壁化學(xué)氣相淀積法在碳化硅片正面淀積一層厚度為0. 2μπι的 SiO2層，然后再淀積厚度為1 μ m的Al來(lái)作為P阱9離子注入的阻擋層，通過(guò)光刻和刻蝕來(lái)形成P阱注入?yún)^(qū)；(B2)在650°C的環(huán)境溫度下對(duì)P阱注入?yún)^(qū)進(jìn)行四次Al離子注入，先后采用450keV、300keV、200keV和120keV的注入能量，將注入劑量為7. 97 X IO1W, 4. 69 X IO1W2,3. 27 X IO1W和2. 97 X IO1W2的鋁離子，注入到P阱注入?yún)^(qū)，形成深度為 0. 5 μ m，摻雜濃度為3 X IO18CnT3的P阱9，如圖北；(B3)采用RCA清洗標(biāo)準(zhǔn)對(duì)碳化硅表面進(jìn)行清洗，烘干后制作C膜保護(hù)；然后在 1700 1750°C氬氣氛圍中進(jìn)行離子激活退火lOmin。步驟C.外延生長(zhǎng)P—外延層。在碳化硅片正面外延生長(zhǎng)厚度為0.4 μ m，鋁離子摻雜濃度為IX IO16CnT3 外延層7，如圖3c，其工藝條件是外延溫度為1570°C，壓力為lOOmbar，反應(yīng)氣體采用硅烷和丙烷，載運(yùn)氣體采用純氫氣，雜質(zhì)源采用三甲基鋁。步驟D.多次氮離子選擇性注入形成JFET區(qū)。(Dl)通過(guò)低壓熱壁化學(xué)氣相淀積法在碳化硅片正面淀積一層厚度為0. 2μπι的 SiO2層，然后再淀積厚度為1 μ m的Al作為JFET區(qū)8離子注入的阻擋層，通過(guò)光刻和刻蝕形成JFET注入?yún)^(qū)；
(D2)在500°C的環(huán)境溫度下對(duì)JFET注入?yún)^(qū)進(jìn)行四次氮離子注入，先后采用300keV、200keV、140keV和80keV的注入能量，將注入劑量分別為1. TOXIOiW2, 1. 29 X IO12Cm"2,1. 03 X IO12CnT2和1. 13 X IO12CnT2的氮離子，注入到JFET注入?yún)^(qū)，形成深度為
0.4 μ m，摻雜濃度為1 X IO17CnT3的JFET區(qū)8，如圖3d ；(D3)采用RCA清洗標(biāo)準(zhǔn)對(duì)碳化硅表面進(jìn)行清洗，烘干后制作C膜保護(hù)；然后在 1700 1750°C氬氣氛圍中進(jìn)行離子激活退火lOmin。步驟Ε.外延生長(zhǎng)外延積累層。在碳化硅片正面外延生長(zhǎng)厚度為0. 2 μ m，摻雜濃度為4 X 1016cm_3的N_外延積累層 6'，如圖3e，其工藝條件是外延溫度為1570°C，壓力為lOOmbar，反應(yīng)氣體采用硅烷和丙烷，載運(yùn)氣體采用純氫氣，雜質(zhì)源采用液態(tài)氮?dú)?。步驟F.多次氮離子選擇性注入形成源區(qū)N+接觸，多次鋁離子選擇性注入形成P+ 接觸。(Fl)通過(guò)低壓熱壁化學(xué)氣相淀積法在碳化硅片正面淀積一層厚度為0. 2μπι的 SiO2層，然后再淀積厚度為1 μ m的Al來(lái)作為源區(qū)N+接觸離子注入的阻擋層，通過(guò)光刻和刻蝕來(lái)形成源區(qū)N+接觸注入?yún)^(qū)。(F2)在500°C的環(huán)境溫度下對(duì)源區(qū)N+接觸注入?yún)^(qū)進(jìn)行四次氮離子注入，先后采用200keV、140keV、IOOkeV和65keV的注入能量，將注入劑量為1. 49 X IO1W2, 7. 99 X IO13Cm"2,7. 25 X IO13CnT2和7. 02 X IO13CnT2的氮離子，注入到N+接觸的注入?yún)^(qū)，形成深度為0. 25 μ m,摻雜濃度為1 X IO19CnT3的源區(qū)N+接觸4，如圖3f ；(F3)通過(guò)低壓熱壁化學(xué)氣相淀積法在碳化硅片正面淀積一層厚度為0. 2μπι的 SiO2層，然后再淀積厚度為1 μ m的Al來(lái)作為P+接觸離子注入的阻擋層，通過(guò)光刻和刻蝕來(lái)形成P+接觸注入?yún)^(qū)；(F4)在650°C的環(huán)境溫度下對(duì)P+接觸注入?yún)^(qū)進(jìn)行四次Al離子注入，先后采用450keV、300keV、200keV和120keV的注入能量，將注入劑量為2. 63 X IO1W2,
1.55 X IO14Cm-2,1. 08 X IO14CnT2和9. 79 X IO1W2的鋁離子，注入到P+接觸注入?yún)^(qū)，形成深度為0. 5 μ m，摻雜濃度為1 X IO19CnT3的P+接觸5，如圖3f ；(F5)采用RCA清洗標(biāo)準(zhǔn)對(duì)碳化硅表面進(jìn)行清洗，烘干后制作C膜保護(hù)，然后在 1700 1750°C氬氣氛圍中進(jìn)行離子激活退火lOmin。步驟G.氧化形成柵氧化膜。(Gl)在1200°C下干氧氧化三個(gè)半小時(shí)之后，再在950°C下濕氧氧化一個(gè)小時(shí)，形成厚度為IOOnm的氧化膜；(G2)通過(guò)光刻、刻蝕形成SW2隔離介質(zhì)2，如圖3g。步驟H.淀積形成摻雜濃度為1 X IO20Cm-3,厚度為200nm的磷離子重?fù)诫s的多晶硅柵。用低壓熱壁化學(xué)氣相淀積法在碳化硅正面淀積生長(zhǎng)200nm的多晶硅，然后通過(guò)光刻、刻蝕保留住柵氧化膜上的多晶硅，形成磷離子摻雜濃度為5 X 1019cnT3，厚度為200nm的多晶硅柵1，如圖池，其工藝條件是淀積溫度為600 650°C，淀積壓強(qiáng)為60 80Pa，反應(yīng)氣體采用硅烷和磷化氫，載運(yùn)氣體采用氦氣。步驟I.淀積形成源接觸金屬層和漏接觸金屬層。
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(Il)對(duì)整個(gè)碳化硅片的正面進(jìn)行涂膠、顯影，形成N+以及P+歐姆接觸區(qū)域，淀積 300nm/100nm的Al/Ti合金，之后通過(guò)超聲波剝離使正面形成源極金屬3，如圖3i ；(12)在襯底背面淀積300歷/100歷的Al/Ti合金，作為漏極12，如圖3i ；(13)在1100士50°C的氮?dú)鈿夥罩校瑢?duì)整個(gè)碳化硅片退火3分鐘，形成歐姆接觸電極。
權(quán)利要求
1.一種N溝道積累型IEM0SFET器件，自上而下包括柵極(1) ^SiO2隔離介質(zhì)(2)、源極 (3)、源區(qū)N+接觸(4)、P+接觸(5)、P_外延層(7)、JFET區(qū)域(8)、P阱(9)、N_漂移層(10)、 N+襯底(11)和漏極(12)，其特征在于在SiOJS離介質(zhì)(2)與JFET區(qū)域(8)之間設(shè)有 N_外延積累層(6')，以保證器件在工作狀態(tài)下的導(dǎo)電溝道深度，減少表面散射對(duì)遷移率的影響。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的N溝道積累型IEM0SFET器件，其特征是，所述N—外延積累層 (6')，縱向位于SiOJS離介質(zhì)(2)與JFET區(qū)域(8)之間，橫向位于兩個(gè)源區(qū)N+接觸Ga) 與(4b)之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的N溝道積累型IEM0SFET器件，其特征是，所述N—外延積累層 (6')的厚度為 0. 1μπι 0·2μπι。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的N溝道積累型IEM0SFET器件，其特征是，所述柵電極(1)采用磷離子摻雜的多晶硅，摻雜濃度為5 X IO19CnT3 IX 102°cm_3。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的N溝道積累型IEM0SFET器件，其特征是，所述S^2隔離介質(zhì) (2)的厚度范圍為50nm lOOnm。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的N溝道積累型IEM0SFET器件，其特征是，所述的P—外延層 (7)采用硼離子摻雜，摻雜濃度為1 X IO15CnT3 1 X 1016cm_3。
7.一種制備N溝道積累型IEM0SFET的方法，包括以下順序(1)在N+碳化硅襯底片上生長(zhǎng)8 9μπι氮離子摻雜的N—漂移層，摻雜濃度為 IX IO15CnT3 2Χ IO15CnT3，外延溫度為1570°C，壓力為lOOmbar，反應(yīng)氣體是硅烷和丙烷，載運(yùn)氣體為純氫氣，雜質(zhì)源為液態(tài)氮?dú)猓?2)在氮離子摻雜的N—漂移層上進(jìn)行多次鋁離子選擇性注入，形成深度為0.5 μ m，摻雜濃度為3 X IO18CnT3的P阱，注入溫度為650°C ；(3)在整個(gè)碳化硅片正面外延生長(zhǎng)厚度為0.4 μ m的鋁離子摻雜的P_外延層，摻雜濃度為1 X IO15CnT3 1 X 1016cnT3，外延溫度為1570°C，壓力為lOOmbar，反應(yīng)氣體是硅烷和丙烷， 載運(yùn)氣體為純氫氣，雜質(zhì)源為三甲基鋁；(4)在ρ阱中間區(qū)域進(jìn)行多次氮離子選擇性注入，形成深度為0.4 μ m，摻雜濃度為 1 X IO17CnT3的JFET區(qū)，注入溫度為5000C ；(5)在整個(gè)碳化硅片正面外延生長(zhǎng)0.1 μ m 0.2 μ m厚的氮離子摻雜的N_外延積累層， 摻雜濃度為4X IO16CnT3，外延溫度為1570°C，壓力為lOOmbar，反應(yīng)氣體是硅烷和丙烷，載運(yùn)氣體為純氫氣，雜質(zhì)源為液態(tài)氮?dú)猓?6)在氮離子摻雜的N—外延積累層上先進(jìn)行多次氮離子選擇性注入，形成深度為 0. 25 μ m，摻雜濃度為IXlO19cnT3的N+源區(qū)，注入溫度為500°C ；再在氮離子摻雜的N—外延積累層上進(jìn)行多次鋁離子選擇性注入，形成深度為0. 5 μ m，摻雜濃度為1 X IO19CnT3的P+接觸，注入溫度為650°C ；(7)對(duì)整個(gè)碳化硅正面依次進(jìn)行干氧氧化和濕氧氧化，形成50nm IOOnm的SW2隔離介質(zhì)，干氧氧化溫度為1200°C，濕氧氧化溫度為950°C ；(8)在SW2隔離介質(zhì)上淀積形成200nm的磷離子摻雜的多晶硅柵，摻雜濃度為 5 X IO19CnT3 1 X IO20Cm"3,淀積溫度為600 650°C，淀積壓強(qiáng)為60 80Pa，反應(yīng)氣體為硅烷和磷化氫，載運(yùn)氣體為氦氣；(9)淀積300nm/100nm的Al/Ti合金，作為源極和漏極的接觸金屬層，并在1100士50°C 溫度下的氮?dú)鈿夥罩型嘶?分鐘形成歐姆接觸。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種N溝道積累型SiC IEMOSFET器件及制作方法，主要解決現(xiàn)有技術(shù)中SiC IEMOSFET器件溝道電子遷移率低，導(dǎo)體電阻大的問(wèn)題。其技術(shù)特點(diǎn)是在已有的SiC IEMOSFET器件結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上將注入形成的導(dǎo)電溝道層改為由外延形成的厚度為0.1μm～0.2μm，氮離子摻雜濃度為4×1016cm-3的N-外延積累層(6′)，該外延積累層(6′)橫向位于左源區(qū)N+接觸(4a)與右源區(qū)N+接觸(4b)之間，縱向位于隔離介質(zhì)(2)和JFET區(qū)域(8)之間。本發(fā)明具有溝道電子遷移率高，導(dǎo)通電阻低，功耗低的優(yōu)點(diǎn)，可應(yīng)用于汽車電子、電腦和通訊等領(lǐng)域。
文檔編號(hào)H01L21/20GK102184964SQ201110122219
公開日2011年9月14日 申請(qǐng)日期2011年5月12日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月12日
發(fā)明者張義門, 張玉明, 張超, 楊飛, 湯曉燕, 王文 申請(qǐng)人:西安電子科技大學(xué)