[发明专利]一种制作大功率场效应晶体管的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种制作场效应功率晶体管(Static Induction Thyristor，简写为SITH)的方法，尤其涉及一种用硅-硅直接键合工艺替代原有的二次外延生长工艺，从而制作栅-阴极击穿电压(BVGK0)高的大功率场效应晶体管的方法，属于半导体器件制造技术领域。

背景技术

SID(静电感应器件)是目前电力电子器件中的主流产品之一，其中的SITH是SIT(静电感应晶体管)的派生器件，它采用P+区代替SIT的漏极接触区而构成阳极接触区，其I-V特性与普通晶闸管的负阻转折特性相似。SITH的结构和SIT或BSIT(电力半导体器件)类似，所不同的只是用阳极p+代替了n+漏区。

SITH可以制作成常开型器件，也可以制作成常关型器件。通常，阳极接正的高压VA使SITH处于正向工作状态。当VG＞0时，SITH将处于以大电流、低压降为特征的正向导通状态；当VG＜0时，SITH将处于以高压、小电流为特征的正向阻断状态。当阳极电压VA为负时，SITH将处于反向阻断态，不过由于正向阻断态有高的开关速度，所以通常用负栅压来实现正向强迫关断，而不采用反向阻断形式。为提高SITH的关断能力，希望SITH的栅-阴极之间能够承受较大的反向电压，所以往往采用掩埋栅结构来制作SITH。

如图1所示，现有技术中的SITH制作工艺包括如下的步骤：(a)第一次外延，生长阳极区域P+；(b)选择性离子注入和扩散，形成栅区P+；(c)第二次外延，在栅极上形成n-层；(d)通过刻蚀和欧姆接触，引出栅极、阴极和阳极。从上述的制作工艺可以看出，采用掩埋栅结构的SITH形成阴极需要采用外延工艺。相对于材料制备时的第一次外延，这时称为阴区外延的第二次外延工艺。二次外延通常用CVD(化学气相淀积)法完成，其控制的难度很大。

另一方面，如图1中的步骤(b)、(c)所示，因为SITH的栅区和阳极都存在高浓度的空穴，将会产生非常严重的自掺杂效应，无法获得高电阻率的掩埋层。在这种情况下，所制作的SITH的栅-阴极击穿电压很低，栅-阴极之间仅能承受几伏的反向电压，因此栅极的控制能力明显不能满足要求。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种制作大功率场效应晶体管的方法。该方法用硅-硅直接键合工艺替代原有的二次外延生长工艺，可以制作栅-阴极击穿电压高的大功率场效应晶体管。

为实现上述的发明目的，本发明采用下述的技术方案：

一种制作大功率场效应晶体管的方法，其特征在于包括如下的步骤：

步骤1：在第一n型硅片上进行第一次外延，生长阳极区域P+；

步骤2：进行选择性离子注入和扩散，形成栅区P+；

步骤3：取第二n型硅片，通过硅-硅直接键合，在栅极上形成n-层；

步骤4：通过刻蚀和欧姆接触，引出栅极、阴极和阳极。

其中，所述步骤3进一步包括如下的子步骤：

首先，对所述第二n型硅片和所述第一n型硅片进行预处理；

其次，对预处理过的所述第二n型硅片和所述第一n型硅片进行退火处理；

然后，对退火处理过的所述第二n型硅片与所述第一n型硅片进行键合操作。

所述预处理包括对硅片进行抛光处理，并对抛光处理后的硅片进行亲水处理。

所述退火处理包括在780～820℃、Ar气氛中退火25～35分钟。

所述键合操作在低温下进行。

所述第二n型硅片与所述第一n型硅片的晶向相同。

所述键合操作的过程中，所述第二n型硅片与所述第一n型硅片的基准面对齐角度不大于0.5度。

所述步骤2完成之后，所述第一n型硅片在氮气环境下随炉冷却至室温。

本发明所提供的大功率场效应晶体管制作方法通过硅-硅直接键合工艺代替二次外延生长工艺，在栅极上形成n-层，解决了外延层的质量问题，可以有效提高栅-阴极击穿电压，增强场效应功率晶体管通过栅极正向阻断阳极电压的能力。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

图1为现有技术中，采用掩埋栅结构制作SITH的主要工艺及结构示意图；

图2为本发明所提供的硅-硅直接键合制作场效应功率晶体管的方法流程图。

具体实施方式

如图2所示，本发明所提供的利用硅-硅直接键合工艺制作大功率场效应晶体管的方法包括如下的具体实施步骤：

步骤1：在第一n型硅片上进行第一次外延，生长阳极区域P+。

步骤2：进行选择性离子注入和扩散，形成栅区P+。