[发明专利]具有四层外延的碳化硅凹槽MOS栅控晶闸管的制造方法

说明书

本发明提供了一种具有四层外延的碳化硅凹槽MOS栅控晶闸管的制造方法，包括：在碳化硅四层外延晶圆上淀积形成掩膜，使用相应光刻版对掩膜进行刻蚀开孔；通过掩膜阻挡对N+区进行凹槽刻蚀，刻穿N+区露出P+发射区，形成第一凹槽，同理得到第二凹槽，去除掩膜层；并刻穿N+区、P+发射区、N‑型基区露出P‑型漂移区，去除掩膜层；在晶圆表面生长栅氧，使用相应光刻版对栅氧进行刻蚀开孔，形成第一栅氧化层以及第二栅氧化层；之后形成第一多晶硅栅电极以及第二多晶硅栅电极；保留第二凹槽内以及两个N+区上方金属电极作为器件的阳极金属电极；在碳化硅晶圆背面生长金属电极作为器件的阴极金属电极，便于制造。

技术领域

本发明涉及一种具有四层外延的碳化硅凹槽MOS栅控晶闸管的制造方法。

背景技术

MOS栅控晶闸管(MCT)作为复合化及功率集成方向的电力电子器件近年来受到大量的关注。它结构上结合了四层PNPN晶闸管和能够控制器件开通与关断的MOSFET。将MOSFET的高输入阻抗、低驱动功率及快速开关过程与晶闸管的大电流、高耐压及低的导通压降等诸多优点相结合。MCT导通即进入擎住状态，电导调制效应明显，在高压应用中能够有效的降低通态电阻，从而降低通态压降、可以快速的开通关断伴随低的开关损耗且驱动电路简单。

4H SIC作为宽禁带半导体具有高临界击穿电场，高饱和漂移速度及高热导率等优点，能够采用比硅器件更薄的漂移区来承受高压，同时可以通过适当调整漂移区浓度来进一步降低通态压降。适合工作在高压高频及高温的环境下，应用于高压集成功率领域中，碳化硅MCT应运而生。

按制备工艺来讲，常见的MCT器件主要分为两大类，一类是扩散杂质MCT，另一类是外延MCT。对于碳化硅材料，扩散掺杂需要极高的温度，所以碳化硅器件掺杂一般采用高温离子注入方式，而高温离子注入会破坏材料原本的晶格结构，需要1600℃以上的退火温度来修复激活，而且使注入结深达到2um及以上需要很高的注入能量，这对于设备与工艺是一个巨大的挑战。

发明内容

本发明要解决的技术问题，在于提供一种具有四层外延的碳化硅凹槽MOS栅控晶闸管的制造方法，用外延层刻蚀形成器件结构来替代扩散MCT中的掺杂结构。

本发明是这样实现的：一种具有四层外延的碳化硅凹槽MOS栅控晶闸管的制造方法，包括如下步骤：

步骤1、采用碳化硅四层外延晶圆，所述碳化硅四层外延晶圆为从下至上依次层叠的设置的N+型衬底、P型缓冲区、P-型漂移区、N-型基区、P+发射区以及N+区，在碳化硅晶圆上淀积形成掩膜，使用相应光刻版对掩膜进行刻蚀开孔；通过掩膜阻挡对N+区进行凹槽刻蚀，刻穿N+区露出P+发射区，形成第一凹槽，去除掩膜层；

步骤2、在晶圆上淀积形成掩膜，使用相应光刻版对掩膜进行刻蚀开孔，通过掩膜阻挡对N+区以及P+发射区进行凹槽刻蚀，刻穿N+区以及P+发射区露出N-型基区，形成第二凹槽，去除掩膜层；

步骤3、在晶圆上淀积形成掩膜，使用相应光刻版对掩膜进行刻蚀开孔；通过掩膜阻挡对N+区、P+发射区以及N-型基区进行凹槽刻蚀，刻穿N+区、P+发射区、N-型基区露出P-型漂移区，去除掩膜层；

步骤4、在晶圆表面生长栅氧，使用相应光刻版对栅氧进行刻蚀开孔，保留P-型漂移区、N-型基区、P+发射区以及N+区上的栅氧及第二凹槽上的栅氧，形成第一栅氧化层以及第二栅氧化层；

步骤5、在晶圆表面生长多晶硅，使用相应光刻版对多晶硅进行刻蚀开孔，保留第一栅氧化层以及第二栅氧化层上的多晶硅，形成第一多晶硅栅电极以及第二多晶硅栅电极；

步骤6、在晶圆表面生长金属电极，使用相应光刻版对金属电极进行刻蚀，保留第二凹槽内以及两个N+区上方金属电极作为器件的阳极金属电极；

步骤7、在晶圆背面生长金属电极作为器件的阴极金属电极。

进一步地，所述P-型漂移区厚度为50-100微米。