[发明专利]一种碳化硅功率器件及其加工制造方法

说明书

本发明涉及微电子器件技术领域，具体涉及一种碳化硅功率器件及其加工制造方法；本发明首先采用高温气相沉积法制备碳化硅晶锭，然后对碳化硅晶锭进行整形并获得碳化硅晶棒，然后对碳化硅晶锭进行切片并获得碳化硅晶片，然后对碳化硅晶片依次进行研磨、抛光、检测和清洗，从而获得碳化硅衬底，然后通过化学气相沉积法在碳化硅衬底的上表面上制备碳化硅外延层，从而获得碳化硅晶圆，然后通过离子注入机向碳化硅晶圆中注入铝离子用以形成P型掺杂区和氮离子用以形成漏极和源极的N型导电区，然后在JFET区制备结势垒肖特基二极管等；本发明能够有效地解决现有技术存在高温、高压耐性差、开关速度低以及生产成本高等问题。

技术领域

本发明涉及微电子器件技术领域，具体涉及一种碳化硅功率器件及其加工制造方法。

背景技术

近年来，随着微电子技术的不断发展，Si基电力电子器件在一些如高温、高压、高湿度等极端环境中的应用越来越受到限制。而碳化硅(SiC)材料作为第三代半导体材料的代表，其禁带宽度约是硅材料的3倍，击穿电场是硅材料的8倍，热导率是硅的3倍，极大地提高了SiC器件的耐压容量和电流密度。由于二者材料的特性不同导致SiC材料的击穿电场为Si材料的大约10倍，从而使得在相同的击穿电压下，其导通电阻只有Si器件的1/100～1/200，极大地降低了SiC器件的导通损耗和开关损耗，在提高系统效率的同时也使器件在高温、高功率、高湿度等恶劣环境中工作更为可靠。因此，SiC器件可以使电力电子系统的功率、温度、频率和抗辐射能力倍增。同时由于碳化硅具有较高的热导率，可以大大减少系统中散热系统的体积及重量，是系统获得更高的效率。所以，SiC器件不仅在直流、交流输电，不间断电源，开关电源，工业控制等传统工业领域具有广泛应用，而且在太阳能、风能等新能源中也将具有广阔的应用前景。

虽然，单位面积的碳化硅(SiC)基础材料成本相较于过去的十年里明显减低，但是碳化硅(SiC)基础材料成本始终还是比硅(Si)晶片的相对应的成本高不止一个量级(影响的因素包括：碳化硅晶锭径向尺寸有限和碳化硅的生产速度有限)。此外，目前的碳化硅功率器件在实际应用的过程中还存在临界击穿电压较低、开光速率有限和反向漏电流较高等缺陷。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，解决上述背景技术中提出的问题。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：一种碳化硅功率器件，包括碳化硅衬底和完全覆盖在其上表面的碳化硅外延层，所述碳化硅外延层的层中隐埋有P型掺杂区，所述P型掺杂区中隐埋有N型导电区，所述碳化硅外延层的上表面设有用于连接各个P型掺杂区和N型导电区的氧化层，所述碳化硅外延层上还设有完全覆盖氧化层和碳化硅上表面的源极，所述氧化层内部设有栅极，所述碳化硅衬底的下表面完全覆盖有漏极，所述碳化硅外延层中的JFET区中设有结势垒肖特基二极管。

更进一步地，所述源极的上表面设有钝化层，所述钝化层从上至下依次分为第一钝化膜和第二钝化膜；所述第一钝化膜为氧化物并且所述第一钝化膜厚度不大于0.1微米，所述第二钝化膜为聚酰亚胺并且所述第二钝化膜的厚度在0.3～2微米之间。

更进一步地，所述P型掺杂区的注入深度在0.3～2.5微米之间，所述N型导电区的注入深度在0.15～1.25微米之间，所述JFET区的注入深度在0.15～1.25微米之间。

一种碳化硅功率器件的加工制造方法，包括以下步骤：

S1，采用高温气相沉积法制备碳化硅晶锭；

S2，对碳化硅晶锭进行整形并获得碳化硅晶棒；

S3，对碳化硅晶锭进行切片并获得碳化硅晶片；

S4，对碳化硅晶片依次进行研磨、抛光、检测和清洗，从而获得碳化硅衬底；

S5，通过化学气相沉积法在碳化硅衬底的上表面上制备碳化硅外延层，从而获得碳化硅晶圆；