一種超結碳化硅器件及其制備方法技術

本發明專利技術提供了一種超結碳化硅器件及其制備方法，所述制備方法包括在具有第一導電類型的碳化硅襯底的正面生長具有第一導電類型的第一外延層；在第一外延層內形成一個或多個溝槽；在溝槽內按照由下到上的順序依次生長多個具有第二導電類型的第二外延層，直至完成所述溝槽的填充，形成超結結構。與現有技術相比，本發明專利技術提供的一種超結碳化硅器件及其制備方法，通過在溝槽內按照由下到上的順序依次生長多個外延層直至完成溝槽的填充，形成超結結構，可以根據溝槽的深度調整外延層的數量，以及各外延層的厚度，從而實現對溝槽進行無縫隙填充，進而避免發生溝槽上方提前封口的問題，同時該制備方法工藝簡單、成本低便于對超結碳化硅進行工業化生產。

Super junction silicon carbide device and preparation method thereof

The invention provides a super junction silicon carbide device and a preparation method thereof, wherein the preparation method comprises a first epitaxial layer having a first conductivity type positive growth on silicon carbide substrate having a first conductivity type of the form; one or a plurality of grooves in the first epitaxial layer in the trench; according to the second from bottom to top the order of growth has a plurality of second conductivity type epitaxial layer, until the completion of the trench filling, forming a super junction structure. Compared with the prior art, the invention provides a super junction silicon carbide device and its preparation method, through in the groove according to the order from the bottom to the top growth of a plurality of epitaxial layers until the completion of the trench filling, forming a super junction structure, can adjust the depth according to the number of epitaxial layer of the trench, and the thickness of the epitaxial layer in order to achieve the seamless trench filling, and avoid the above problems ahead of the sealing groove, and the preparation process is simple, low cost and convenient for industrial production of super junction silicon carbide.

【技術實現步驟摘要】
一種超結碳化硅器件及其制備方法
本專利技術涉及半導體器件
，具體涉及一種超結碳化硅器件及其制備方法。
技術介紹
碳化硅材料是繼第一代半導體材料硅、鍺和第二帶半導體材料砷化鎵、磷化銦后發展起來的第三代半導體材料，主要具有下述優點：(1)碳化硅材料的寬禁帶是硅和砷化鎵的2-3倍，使得半導體器件能在相當高的溫度下(500℃以上)工作并具有發射藍光的能力。(2)高擊穿電場比硅和砷化鎵均要高出一個數量級，使得采用碳化硅材料的半導體器件具有高壓、大功率的特性及高飽和電子漂移速度和低介電常數；(3)碳化硅材料的導熱率是硅的3.3倍，砷化鎵的10倍，可以大大提高電路的集成度，減少冷卻散熱系統，從而大大減少整機的體積。但是對于高電壓電力電子器件，需要制備超厚的碳化硅外延層，厚度可達200微米，以保證高壓電力電子器件具有較高的耐壓能力。目前可以通過在高壓電力電子器件中制備超結結構的方法改善高電壓電力電子器件中通態電阻和反向耐壓之間的關系，從而提高其耐壓能力。具體為：通過對多次外延、多次離子注入，制備出P型區和N型區間隔的結構，使得高壓半導體器件在反向工作時產生一個橫向電場，使漂移層中的PN對耗盡，所產生的耗盡層作為半導體器件的耐壓層，電場在漂移區中均勻分布，這樣就使得一定的耐壓下，碳化硅外延層所需厚度降低一倍。同時，碳化硅外延層的摻雜濃度比傳統的半導體器件高一個數量級，從而極大地降低了器件的導通電阻。超結結構主要是由溝槽刻蝕和填充來完成，常規的填充主要包括：(1)多次外延與注入法。第一步，生長n型外延層；第二步，進行光刻，p型離子注入。反復重復上述步驟。一般至少要制作5次以上，并且次數越多，p型漂移區的濃度分布越均勻，p型區域的形貌越好，但是此方法成本較高。(2)多次高能離子注入法。采用多次不同的注入能量，將p型離子注入到n型外延層中的不同深度處，再經過高溫推結，形成所需的p型區，此法的優點是工藝簡單、制作周期短，但是由于離子注入能量高，容易對漂移區材料造成晶格裂變。(3)深溝槽側壁傾斜注入法。采用傾斜角度的注入方式，利用深溝槽開口對傾斜注入離子的部分屏蔽作用，向深溝槽內壁注入p型離子，溝槽的開口寬度與注入傾斜角度決定了溝槽內壁注入的區域，但是此方法由于溝槽在最終不起作用，并影響器件的集成度。(4)深溝槽填充P型外延法。第一步，在n型外延層中刻蝕出深溝槽；第二步，生長p型外延，填滿深溝槽；第三步，進行推結，形成p型區，此方法的最大難點是在深溝槽內生長外延，會在溝槽的開口處遇到提前封口問題，這會導致溝槽內部不能被p型外延填滿，出現空隙。
技術實現思路
為了滿足克服現有技術的缺陷，本專利技術提供了一種超結碳化硅器件及其制備方法。第一方面，本專利技術中一種超結碳化硅器件的制備方法的技術方案是：所述制備方法包括：在具有第一導電類型的碳化硅襯底的正面生長具有第一導電類型的第一外延層；在所述第一外延層內形成一個或多個溝槽；在所述溝槽內按照由下到上的順序依次生長多個具有第二導電類型的第二外延層，直至完成所述溝槽的填充，形成超結結構。第二方面，本專利技術中一種超結碳化硅器件的技術方案是：所述超結碳化硅器件包括：具有第一導電類型的碳化硅襯底；具有第一導電類型的第一外延層，其設置在所述碳化硅襯底的正面；一個或多個具有第二導電類型的超結結構，所述超結結構設置在所述第一外延層內；其中：所述超結結構為通過在所述第一外延層的溝槽內按照由下到上的順序依次生長多個具有第二導電類型的第二外延層，直至完成所述溝槽的填充后形成的超結結構。與最接近的現有技術相比，本專利技術的有益效果是：1、本專利技術提供的一種超結碳化硅器件的制備方法，通過在溝槽內按照由下到上的順序依次生長多個外延層直至完成溝槽的填充，形成超結結構，可以根據溝槽的深度調整外延層的數量，以及各外延層的厚度，從而實現對溝槽進行無縫隙填充，進而避免發生溝槽上方提前封口的問題，同時該制備方法工藝簡單、成本低便于對超結碳化硅進行工業化生產；2、本專利技術提供的一種超結碳化硅器件，其超結結構為通過在溝槽內按照由下到上的順序依次生長多個具有第二導電類型的第二外延層，直至完成溝槽的填充后形成的超結結構，可以根據溝槽的深度調整外延層的數量，以及各外延層的厚度，從而實現對溝槽進行無縫隙填充，進而避免發生溝槽上方提前封口的問題。附圖說明圖1：本專利技術實施例中一種超結碳化硅器件的制備方法實施流程圖；圖2：本專利技術實施例中一種超結碳化硅器件的結構示意圖；其中：1：襯底；2：緩沖層；3：第一外延層；4：超結結構；5：間隔區。具體實施方式為使本專利技術實施例的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合本專利技術實施例中的附圖，對本專利技術實施例中的技術方案進行清楚、完整地說明，顯然，所描述的實施例是本專利技術一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本專利技術中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本專利技術保護的范圍。下面分別結合附圖，對本專利技術實施例提供的一種超結碳化硅器件的制備方法進行說明。圖1為本專利技術實施例中一種超結碳化硅器件的制備方法實施流程圖，如圖所示，本實施例中可以按照下述步驟制備超結碳化硅器件，具體為：步驟S101：在具有第一導電類型的碳化硅襯底的正面生長具有第一導電類型的第一外延層。步驟S102：在第一外延層內形成一個或多個溝槽。步驟S103：在溝槽內按照由下到上的順序依次生長多個具有第二導電類型的第二外延層，直至完成溝槽的填充，形成超結結構。本實施例中通過在溝槽內按照由下到上的順序依次生長多個外延層直至完成溝槽的填充，形成超結結構，可以根據溝槽的深度調整外延層的數量，以及各外延層的厚度，從而實現對溝槽進行無縫隙填充，進而避免發生溝槽上方提前封口的問題，同時該制備方法工藝簡單、成本低便于對超結碳化硅進行工業化生產。進一步地，本實施例步驟S101可以按照下述步驟實施，具體為：本實施例中可以采用化學氣相沉積法在碳化硅襯底上生長第一外延層，具體為：對碳化硅襯底的正面進行刻蝕，并在刻蝕后的碳化硅襯底上生長具有第一導電類型的緩沖層，然后在緩沖層上生長所述第一外延層。進一步地，本實施例步驟S102可以按照下述步驟實施，具體為：采用干法刻蝕、激光刻蝕或等離子刻蝕對第一外延層進行刻蝕，形成一個或多個溝槽。進一步地，本實施例步驟S103中在溝槽內的一個第二外延層上生長另一個第二外延層可以按照下述步驟實施，具體為：對已生長第一外延層進行選擇性刻蝕，并在刻蝕后已生長第一外延層上生長另一個第二外延層。其中：選擇性刻蝕可以為選擇氫氣刻蝕，也可以為擇氯化氫刻蝕。本專利技術還提供了五個超結碳化硅器件的制備方法的優選實施方案，下面對各優選實施方案進行說明實施例1：6μm超結結構的超結碳化硅制備方法1、在N型碳化硅襯底上生長第一外延層，具體為：(1)對N型碳化硅襯底進行刻蝕：在真空環境下通入流量為40L/min的氫氣H2和5L/min的氯化氫HCl，反應室內壓力為40mbar，溫度為1680℃，維持5分鐘。其中：碳化硅襯底采用4H-SiC。(2)停止通入氯化氫HCl，降溫至1650℃，通入流量為6mL/min的SiH4和3mL/min的C3H8，以流量為1500mL/min的氮氣N2為摻雜劑，生長壓力為40mbar；厚度為0.4μm。(3)將4本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種超結碳化硅器件的制備方法，其特征在于，所述制備方法包括：在具有第一導電類型的碳化硅襯底的正面生長具有第一導電類型的第一外延層；在所述第一外延層內形成一個或多個溝槽；在所述溝槽內按照由下到上的順序依次生長多個具有第二導電類型的第二外延層，直至完成所述溝槽的填充，形成超結結構。

【技術特征摘要】
1.一種超結碳化硅器件的制備方法，其特征在于，所述制備方法包括：在具有第一導電類型的碳化硅襯底的正面生長具有第一導電類型的第一外延層；在所述第一外延層內形成一個或多個溝槽；在所述溝槽內按照由下到上的順序依次生長多個具有第二導電類型的第二外延層，直至完成所述溝槽的填充，形成超結結構。2.如權利要求1所述的一種超結碳化硅器件的制備方法，其特征在于，所述在碳化硅襯底上形成第一外延層之前包括采用化學氣相沉積法在碳化硅襯底上生長第一外延層，具體為：對所述碳化硅襯底的正面進行刻蝕，并在刻蝕后的碳化硅襯底上生長具有第一導電類型的緩沖層；在所述緩沖層上生長所述第一外延層。3.如權利要求1所述的一種超結碳化硅器件的制備方法，其特征在于，所述在第一外延層內形成一個或多個溝槽包括：采用干法刻蝕、激光刻蝕或等離子刻蝕對第一外延層進行刻蝕，形成一個或多個溝槽。4.如權利要求1所述的一種超結碳化硅器件的制備方法，其特征在于，所述在溝槽內的一個第二外延層上生長另一個第二外延層包括：對所述的一個第一外延層進行選擇性刻蝕，并在刻蝕后的所述的一個第一外延層上生長所述的另一個第二外延層。5.如權利要求4所述的一種超結碳化硅器件的制備方法，...

【專利技術屬性】
技術研發人員：楊霏，鈕應喜，夏經華，李玲，鄭柳，劉瑞，查祎英，田亮，王嘉銘，桑玲，
申請(專利權)人：全球能源互聯網研究院，國家電網公司，國網山東省電力公司，
類型：發明
國別省市：北京,11