碳化硅器件外延结构及其制备方法技术

一种碳化硅器件外延结构及其制备方法，涉及半导体器件技术领域。该方法包括：在衬底上生长碳化硅外延层；在碳化硅外延层上沉积第一阻挡层；刻蚀第一阻挡层以形成露出碳化硅外延层的第一窗口，通过第一窗口注入N型离子以在碳化硅外延层内形成N型离子注入区；在第一阻挡层上和第一窗口内生长连续的第二阻挡层，第二阻挡层在第一窗口内围合形成第二窗口；刻蚀第二阻挡层以露出位于第二窗口处的N型离子注入区，并保留位于第一窗口侧壁的第二阻挡层以形成侧墙结构；通过离子注入在N型离子注入区内形成P型离子注入区，P型离子注入区在碳化硅外延层的注入深度大于N型离子注入区在碳化硅外延层的注入深度。

【技术实现步骤摘要】
碳化硅器件外延结构及其制备方法
本专利技术涉及半导体器件
，具体而言，涉及一种碳化硅器件外延结构及其制备方法。
技术介绍
碳化硅(SiC)材料作为第三代宽禁带半导体材料的代表之一，具有禁带宽度大、临界击穿电场高、热导率高和电子饱和漂移速度高等特点，使其在大功率、高温及高频电力电子领域具有广阔的应用前景。在传统的SiC二极管制备工艺中，会通过外延生长形成N型区，通过离子注入形成P型区。然而，现有技术中，离子注入形成的P型区将会与通过外延生长形成的N型区之间形成一个较宽的耗尽区，这部分耗尽区在正向导通时会阻挡电流扩散，增大了正向导通时的电阻。同时，由于碳化硅离子注入后的高温激活工艺，P型区会有外扩的现象，这样则会进一步增大导通电阻。在相同的芯片面积下，正向导通电阻越大，器件的电流密度越小，能效降低。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种碳化硅器件外延结构及其制备方法，其能够形成较窄的耗尽层，有效提高正向导通电流，进而提升器件的电流密度。本专利技术的实施例是这样实现的：本专利技术的一方面，提供一种碳化硅器件外延结构的制备方法，该制备方法包括：在衬底上生长碳化硅外延层；在碳化硅外延层上沉积第一阻挡层；刻蚀第一阻挡层以形成露出碳化硅外延层的第一窗口，通过第一窗口注入N型离子以在碳化硅外延层内形成N型离子注入区；在第一阻挡层上和第一窗口内生长连续的第二阻挡层，第二阻挡层在第一窗口内围合形成第二窗口；刻蚀第二阻挡层以露出位于第二窗口处的N型离子注入区，并保留位于第一窗口侧壁的第二阻挡层以形成侧墙结构；通过离子注入在N型离子注入区内形成P型离子注入区，P型离子注入区在碳化硅外延层的注入深度大于N型离子注入区在碳化硅外延层的注入深度。该制备方法能够形成较窄的耗尽层，有效提高正向导通电流，进而提升器件的电流密度。可选地，第一阻挡层的厚度在1.5μm至2.0μm之间。可选地，第二阻挡层的厚度小于第一阻挡层的厚度。可选地，第一阻挡层和第二阻挡层分别为SiO2和Si3N4中的任意一种或两者的组合。可选地，第二阻挡层的厚度在1.0μm至1.5μm之间。可选地，侧墙结构的厚度在0.1μm至0.5μm之间。可选地，N型离子注入区的离子注入能量小于50kev，离子注入剂量小于1×1014cm-2，离子注入浓度在1×1017cm-3至5×1018cm-3之间。可选地，P型离子注入区的离子注入能量小于500kev，离子注入剂量大于3×1014cm-2，离子注入浓度在1×1019cm-3至5×1020cm-3之间。本专利技术的另一方面，还提供一种碳化硅器件外延结构，该碳化硅器件外延结构包括衬底、形成于衬底上的碳化硅外延层、位于碳化硅外延层上方的N型离子注入区，以及位于N型离子注入区内的P型离子注入区；P型离子注入区在碳化硅外延层内的注入深度大于N型离子注入区在碳化硅外延层内的注入深度。本专利技术的有益效果包括：本实施例提供了一种碳化硅器件外延结构的制备方法，该制备方法包括：在衬底上生长碳化硅外延层；在碳化硅外延层上沉积第一阻挡层；刻蚀第一阻挡层以形成露出碳化硅外延层的第一窗口，通过第一窗口注入N型离子以在碳化硅外延层内形成N型离子注入区；在第一阻挡层上和第一窗口内生长连续的第二阻挡层，第二阻挡层在第一窗口内围合形成第二窗口；刻蚀第二阻挡层以露出位于第二窗口处的N型离子注入区，并保留位于第一窗口侧壁的第二阻挡层以形成侧墙结构；通过离子注入在N型离子注入区内形成P型离子注入区，P型离子注入区在碳化硅外延层的注入深度大于N型离子注入区在碳化硅外延层的注入深度。这样，本申请通过在P型离子注入之前先通过低能注入N型离子，从而可以提高衬底表面的N型离子掺杂浓度，并且通过侧墙结构的方式来阻挡部分P型离子的注入，这样，相比于现有技术而言可以使得器件具有更窄的耗尽区，从而可以降低器件正向导通过程中的导通电阻，有效提高正向导通电流，进而提升器件的电流密度。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本专利技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。图1为本专利技术实施例提供的碳化硅器件外延结构的制备方法的流程图之一；图2为本专利技术实施例提供的碳化硅器件外延结构的制备方法的流程图之二；图3为本专利技术实施例提供的碳化硅器件外延结构的制备方法的流程图之三；图4为本专利技术实施例提供的碳化硅器件外延结构的状态示意图之一；图5为本专利技术实施例提供的碳化硅器件外延结构的状态示意图之二；图6为本专利技术实施例提供的碳化硅器件外延结构的状态示意图之三；图7为本专利技术实施例提供的碳化硅器件外延结构的状态示意图之四；图8为本专利技术实施例提供的碳化硅器件外延结构的状态示意图之五；图9为本专利技术实施例提供的碳化硅器件外延结构的状态示意图之六；图10为本专利技术实施例提供的碳化硅器件外延结构的状态示意图之七；图11为本专利技术实施例提供的碳化硅器件外延结构的状态示意图之八。图标：10-衬底；20-碳化硅外延层；30-第一阻挡层；31-第一窗口；40-N型离子注入区；50-第二阻挡层；60-侧墙结构；a-侧墙结构的厚度；61-第二窗口；70-P型离子注入区；80-保护层；90-欧姆接触金属；93-肖特基接触金属；94-正面金属；95-背面金属。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本专利技术实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本专利技术的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本专利技术的范围，而是仅仅表示本专利技术的选定实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。在本专利技术的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该专利技术产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术的限制。此外，术语“第一”、“第二”、等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。传统的碳化硅二极管的相邻的两个P型区与位于相邻两个P型区之间的N型区之间会产生较宽的耗尽区，而耗尽区的宽度越大将导致器件的正向导通电阻越大，从而使本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种碳化硅器件外延结构的制备方法，其特征在于，包括：/n在衬底上生长碳化硅外延层；/n在所述碳化硅外延层上沉积第一阻挡层；/n刻蚀所述第一阻挡层以形成露出所述碳化硅外延层的第一窗口，通过所述第一窗口注入N型离子以在所述碳化硅外延层内形成N型离子注入区；/n在所述第一阻挡层上和所述第一窗口内生长连续的第二阻挡层，所述第二阻挡层在所述第一窗口内围合形成第二窗口；/n刻蚀所述第二阻挡层以露出位于所述第二窗口处的所述N型离子注入区，并保留位于所述第一窗口侧壁的第二阻挡层以形成侧墙结构；/n通过离子注入在所述N型离子注入区内形成P型离子注入区，所述P型离子注入区在碳化硅外延层的注入深度大于所述N型离子注入区在碳化硅外延层的注入深度。/n

【技术特征摘要】
1.一种碳化硅器件外延结构的制备方法，其特征在于，包括：
在衬底上生长碳化硅外延层；
在所述碳化硅外延层上沉积第一阻挡层；
刻蚀所述第一阻挡层以形成露出所述碳化硅外延层的第一窗口，通过所述第一窗口注入N型离子以在所述碳化硅外延层内形成N型离子注入区；
在所述第一阻挡层上和所述第一窗口内生长连续的第二阻挡层，所述第二阻挡层在所述第一窗口内围合形成第二窗口；
刻蚀所述第二阻挡层以露出位于所述第二窗口处的所述N型离子注入区，并保留位于所述第一窗口侧壁的第二阻挡层以形成侧墙结构；
通过离子注入在所述N型离子注入区内形成P型离子注入区，所述P型离子注入区在碳化硅外延层的注入深度大于所述N型离子注入区在碳化硅外延层的注入深度。


2.根据权利要求1所述的碳化硅器件外延结构的制备方法，其特征在于，所述第一阻挡层的厚度在1.5μm至2.0μm之间。


3.根据权利要求1或2所述的碳化硅器件外延结构的制备方法，其特征在于，所述第二阻挡层的厚度小于所述第一阻挡层的厚度。


4.根据权利要求1所述的碳化硅器件外延结构的制备方法，其特征在于，所述第一阻挡层和所述第二阻挡层分别为SiO2和Si3N4中的任意一种或两者的组合。


5.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐少东，蔡文必，于旺，柴亚玲，陶永洪，
申请(专利权)人：厦门市三安集成电路有限公司，
类型：发明
国别省市：福建;35