一种SiC IGBT器件及其制备方法技术

本发明专利技术涉及半导体技术领域，尤其是涉及一种SiC IGBT器件及其制备方法。本发明专利技术提供的SiC IGBT器件通过在器件的表面设置肖特基二极管结构，并且在器件背面形成交替设置的N+区与P+区，使器件在进行续流工作时，正面的MPS二极管(嵌入pn结构的肖特基二极管)的电流将通过N+区形成导电通路，从而实现集成续流二极管的功能。

【技术实现步骤摘要】
一种SiCIGBT器件及其制备方法
本专利技术涉及半导体
，尤其是涉及一种SiCIGBT器件及其制备方法。
技术介绍
SiC材料的禁带宽度约是硅的3倍，临界击穿场强约是10倍，因此非常适合于在高压、超高压电力领域的应用。SiCIGBT器件的击穿电压可以达到20kV以上，远超过硅的器件。在6.5kV以上，SiCIGBT器件不仅具有低的正向导通压降，而且具有非常小的开关损耗和非常快的开关频率。在智能电网、高压点火等领域具有非常显著的优势，如在电网领域，可有效减少串联的器件数目，提供系统的可靠性和简易性。另一方面，在实际应用中，由于电路中电感的存在，晶体管往往需要反并联一个续流二极管。如目前常用的硅IGBT模块，都反并联了硅快恢复二极管作为续流二极管。如果在一个器件中集成了续流二极管，那么不仅提高了芯片的集成度和可靠性，同时也有效的降低了芯片成本。在硅的IGBT中，集成pn二极管的器件也被称为逆导IGBT(RC-IGBT)。然而，由于SiC的禁带宽度大，pn开启电压高，集成pn二极管会使器件续流时的损耗很大。同时由于pn二极管的反向恢复时间长、反向恢复电流大，使器件的开关损耗也增加。公开于该
技术介绍
部分的信息仅仅旨在加深对本专利技术的总体
技术介绍
的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种SiCIGBT器件及其制备方法，以解决现有技术中存在的技术问题。为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：第一方面，本专利技术提供一种SiCIGBT器件，其从下至上依次为集电极、P+层、N+层、N-电阻层、场终止层、N-漂移层、N载流子储存层、P基区、N型JFET层、欧姆接触、栅极、肖特基接触和发射极，器件背面N+层与P+层之间形成交替设置的N+区与P+区；器件正面形成MPS肖特基二极管结构；器件在进行续流工作时，MPS肖特基二极管结构的电流将通过N+区形成导电通路，以集成续流二极管。作为一种进一步的技术方案，在器件有源区的原胞结构中，P阱区中间形成高掺杂的P+区和N+区，在高掺杂的P+区和N+区上形成欧姆接触；相邻P阱区中间设置有两个高掺杂的P+区，多晶硅栅极下方的P阱区和P+区之间的区域为MOSFET导电的JFET区。所述两个P+区之间的N型区形成肖特基接触；高掺杂的P+区能提供并联的pn二极管，从而形成MPS肖特基二极管结构。所述欧姆接触和肖特基接触都与源极金属连接。作为一种进一步的技术方案，在器件有源区的原胞结构中，栅下方的P阱区之间的N型区形成MOSFET导电的JFET区，N+区、P+区分别在P阱内。在P+区中间的N型区表面形成肖特基接触，在N+区与P+区表面形成欧姆接触，从而形成MPS肖特基二极管结构。所述欧姆接触和肖特基接触都与源极金属连接。作为一种进一步的技术方案，在器件背面N+层与P+层中，N+区与P+区交替设置；其中的P+区分为第一P+区、第二P+区；所述第一P+区的面积大于所述第二P+区的面积，所述第一P+区的面积大于N+区的面积，所述第一P+区与所述第二P+区联通设置。这种方法色设置可以使器件从MOSFET导通转到IGBT导通机制时，即背面的pn结构开始导通时，电流比较平滑的上升，而避免产生很大的电流拐点。作为一种进一步的技术方案，所述N型JFET层的掺杂浓度高于N-漂移层。作为一种进一步的技术方案，所述N载流子储存层的掺杂浓度高于N-漂移层。作为一种进一步的技术方案，所述场终止层的掺杂浓度高于N-漂移层。作为一种进一步的技术方案，所述N-电阻层用于调节器件从MOSFET工作状态进入IGBT工作状态时所需的导通电流大小。第二方面，本专利技术还提供一种所述SiCIGBT器件的制作方法，其包括：在晶圆背面刻蚀对准标记，在N+的SiC衬底上外延N-电阻层，制作注入掩膜，掩膜为介质或光刻胶，注入铝和磷或氮离子，分别形成P+区和N+区；依次外延场终止层，N-漂移层，N型CSL层，通过背面的对准标记，在正面刻蚀对准标记，通过两个对准标记实现正面图形与底部图形的对准，然后用离子注入和激活退火的方法形成P阱区、P+区、N+区；用热氧化的方法生长SiO2层，再在NO或NO2，POCl3气氛中进行POA退火，用于钝化界面陷阱，LPCVD方法淀积多晶硅，形成掩膜，刻蚀多晶硅，再用PECVD方法淀积SiO2层，刻蚀源接触区的介质，淀积金属Ni，RTA退火，退火温度在500-750℃，退火气氛为窦性气氛，退火后在浓H2SO4加H2O2的混合液中进行腐蚀，腐蚀掉SiO2上不反应的金属，同时保留与SiC进行反应的合金，再次进行RTA退火，退火温度为950-1100℃，形成源欧姆接触；刻蚀肖特基接触窗口，淀积肖特基金属和电极金属，形成发射极和栅极的压块金属，淀积钝化介质，并刻蚀掉钝化保护区外的介质，淀积聚酰亚胺，并刻蚀掉压块金属中间的部分，露出金属，用于器件与外电路的电连接；正面涂胶保护，用研磨的方法进行背面减薄，先用粗磨进行快速减薄，在接近减薄厚度时再改成细磨，进行应力、表面粗糙度和厚度控制，研磨去掉N+衬底，淀积金属，进行激光退火形成背面欧姆接触，最后在背面淀积厚的电极金属，形成集电极。采用上述技术方案，本专利技术具有如下有益效果：本专利技术提供的SiCIGBT器件及其制备方法，通过在器件的表面设置肖特基二极管结构，并且在底部设置导电通道，形成了集成MPS二极管的SiCIGBT器件。附图说明为了更清楚地说明本专利技术具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术实施例提供的SiCIGBT器件的截面示意图；图2为本专利技术实施例提供的SiCIGBT器件结构表面原胞分布示意图；图3为本专利技术另一实施例提供的SiCIGBT器件的截面示意图；图4为本专利技术另一实施例提供的SiCIGBT器件结构表面原胞分布示意图；图5为本专利技术实施例提供的SiCIGBT器件底部结构截面示意图；图6为本专利技术实施例在N+衬底上外延N-电阻层，并形成P+、N+结构示意图；图7为本专利技术实施例形成表面的P阱、P+、N+结构的示意图；图8为本专利技术实施例完成源欧姆接触的示意图；图9为本专利技术实施例完成肖特基接触和源、栅电极金属的示意图；图10为本专利技术实施例器件制备完成的示意图。图标：1-p阱区；2-P+区；3-欧姆接触；4-N+区；5-N型JFET层；6-多晶硅栅；7-P+区；8-肖特基接触；91-栅介质；92-栅源隔离介质；10-发射极电极金属；11-N-漂移层；12-N载流子储存层；13-电流流动路径；14-场终止层；15-N+区；16-P+区；17-N-电阻层；18-N+衬底；20本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种SiC IGBT器件，其从下至上依次为集电极、P+层、N+层、N-电阻层、场终止层、N-漂移层、N载流子储存层、P基区、N型JFET区、欧姆接触、栅极、肖特基接触和发射极，其特征在于：/n器件背面N+层与P+层之间形成交替设置的N+区与P+区；/n器件正面形成MPS肖特基二极管结构；/n器件在进行续流工作时，MPS肖特基二极管结构的电流将通过背面的N+区形成导电通路，以集成续流二极管。/n

【技术特征摘要】
1.一种SiCIGBT器件，其从下至上依次为集电极、P+层、N+层、N-电阻层、场终止层、N-漂移层、N载流子储存层、P基区、N型JFET区、欧姆接触、栅极、肖特基接触和发射极，其特征在于：
器件背面N+层与P+层之间形成交替设置的N+区与P+区；
器件正面形成MPS肖特基二极管结构；
器件在进行续流工作时，MPS肖特基二极管结构的电流将通过背面的N+区形成导电通路，以集成续流二极管。


2.根据权利要求1所述的SiCIGBT器件，其特征在于，在器件有源区的原胞结构中，P阱区中间形成高掺杂的P+区和N+区，在高掺杂的P+区和N+区上形成欧姆接触；相邻P阱区中间设置有两个高掺杂的P+区，多晶硅栅极下方的P阱区和P+区之间的区域为MOSFET导电的JFET区；所述两个P+区之间的N型区形成肖特基接触；高掺杂的P+区能提供并联的pn二极管，从而形成MPS肖特基二极管结构；所述欧姆接触和肖特基接触都与源极金属连接。


3.根据权利要求1所述的SiCIGBT器件，其特征在于，在器件有源区的原胞结构中，栅下方的P阱区之间的N型区形成MOSFET导电的JFET区，N+区、P+区分别在P阱内；在P+区中间的N型区表面形成肖特基接触，在N+区与P+区表面形成欧姆接触，从而形成MPS肖特基二极管结构；所述欧姆接触和肖特基接触都与源极金属连接。


4.根据权利要求1所述的SiCIGBT器件，其特征在于，在器件背面N+层与P+层中，N+区与P+区交替设置；其中的P+区分为第一P+区、第二P+区；所述第一P+区的面积大于所述第二P+区的面积，所述第一P+区的面积大于N+区的面积，所述第一P+区与所述第二P+区联通设置。


5.根据权利要求2或者3所述的SiCIGBT器件，其特征在于，所述N型JFET层的掺杂浓度高于N-漂移层。


6.根据权利要求1所述的SiCIGBT...

【专利技术属性】
技术研发人员：倪炜江，
申请(专利权)人：芜湖启源微电子科技合伙企业有限合伙，
类型：发明
国别省市：安徽;34