利用注入和横向扩散制造碳化硅功率器件的自对准方法技术

通过掩模中的开口在碳化硅衬底中注入ｐ型掺杂剂，形成深ｐ型注入，从而制造碳化硅功率器件。Ｎ型掺杂剂通过掩模中相同开口注入到碳化硅衬底中，相对于深ｐ型注入形成浅ｎ型注入。以足以使深ｐ型注入横向扩散到包围浅ｎ型注入的碳化硅衬底表面的温度和时间，进行退火，同时不使ｐ型注入通过浅ｎ型注入纵向扩散到碳化硅衬底表面。因此，通过离子注入可以进行自对准浅和深注入，通过促使具有高扩散系数的ｐ型掺杂充分扩散，同时具有低扩散系数的ｎ型掺杂剂保持相对固定的退火，可以形成很好控制的沟道。因此，可以在ｎ型源周围形成ｐ－基区。可以制造横向和纵向功率ＭＯＳＦＥＴｓ。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
专利技术的领域本专利技术涉及制造功率器件的方法，特别涉及制造碳化硅功率器件的方法。专利技术的背景功率器件已广泛应用于运载大电流和支持高电压。现代功率器件一般由单晶硅半导体材料制造。一种广泛应用的功率器件是功率金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)。在功率MOSFET中，控制信号加于通过可以是二氧化硅但并不限于此的中间隔离层与半导体表面隔开的栅极上。电流通过主要载流子的输运发生传导，同时不存在用于双极晶体管工作的主要载流子注入。功率MOSFETs可以提供优异的安全工作区，可以按单元结构并联。如所属领域技术人员所公知的，功率MOSFETs可以包括横向结构或纵向结构。在横向结构中，漏、栅和源端在衬底的同一表面上。相反，在纵向结构中，源和漏在衬底的相对表面上。一种广泛应用的硅功率MOSFET是利用双扩散工艺制造的双扩散MOSFET(DMOSFET)。这些器件中，p-基区和n+源区通过掩模中的同一开口扩散。p-基区再扩散得比n+源区深。p-基区和n+源区间横向扩散的不同形成的表面沟道区。在1996年由PWS Publishing Company出版、由B.J.Baliga撰写的、名为“Power Semiconductor Device(功率半导体器件)”的教科书中，具体在第7章，“Power MOSFET”中，可以发现对包括DMOSFET的功率MOSFET的回顾，这里全文引用该文献。近年来在功率器件方面的研究还包括碳化硅(SiC)器件应用于功率器件的研究。与硅相比，碳化硅具有宽带隙、高熔点、低介电常数、高击穿场强、高热传导性和高饱和电子漂移速度。这些特征允许碳化硅功率器件可以在比常规硅基功率器件高的温度下、高的功率和低的电阻率下工作。在Bhatnagar等人的“Comparison of 6H-SiC,3C-SiC and Si for Power Devices(6H-SiC,3C-SiC和Si用于功率器件)”IEEE Transactions on electron Device,vol.40,1993 pp.645-655中,有对碳化硅器件比硅器件优异的理论分析。在授予Palmour、题为“Power MOSFET in Silicon Carbide(碳化硅中的功率MOSFET)”的美国专利5506421中，介绍了用碳化硅制造的功率MOSFET，该专利现已转让给本专利技术的受让人。虽然有这些潜在的优点，但仍然很难用碳化硅制造包括功率MOSFET在内的功率器件。例如，如上所述，双扩散MOSFET(DMOSFET)一般利用双扩散工艺制造在硅上，其中p-基区再扩散得比n+源区深。不幸的是，在碳化硅中，常规p和n型掺杂剂的扩散系数比硅小，所以利用可以接受的扩散时间和温度，难以得到需要的p-基区和n+源区的深度。也可以用离子注入注入p-基区和n+源区。例如，参见Shenoy等人的“High-Voltage Double Implanted Power MSOFET’s(高压双注入型功率MOSFET)in 6H-SiC”,IEEE Electron DeviceLetters,Vol.18,No.3,1997年3月，pp.93-95。然而，很难控制离子注入区的深度和横向延伸范围。另外，需要形成包围源区的表面沟道，所以需要用两个不同的注入掩模。因此，很难对准p-基区和源区，因而可能对器件性能有不良影响。专利技术的概述因此本专利技术的目的是提供制造包括碳化硅功率MOSFETs的碳化硅功率器件的改进方法。本专利技术另一目的是提供制造包括碳化硅功率MOSFETs的碳化硅功率器件的方法，不需要源和p-基区的单独掩蔽。本专利技术再一目是提供制造碳化硅功率器件的方法，可以形成可与器件的源区对准的沟道区。根据本专利技术，通过以下制造硅化硅功率器件的方法可以实施本专利技术的这些和其它目的，其中p型掺杂剂通过掩模中的开口注入碳化硅衬底，形成深p型注入，n型掺杂剂通过掩模中的相同开口注入碳化硅衬底，相对于p型注入形成浅n型注入。然后，在足以使深p型注入横向扩散到包围浅n型注入的碳化硅衬底的表面的温度和时间下进行退火，同时不使p型注入通过浅n型注入纵向扩散到碳化硅衬底表面。因此，可以通过离子注入提供自对准的浅和深注入，并可以通过促进具有高扩散系数的p型掺杂剂充分扩散、同时使具有低扩散系数的n型掺杂剂保持相对固定的退火，可以形成很好控制的沟道。由此围绕n型源形成p-基区。已发现，根据本专利技术，浅n型注入的存在会阻挡深p型注入通过浅n型注入纵向扩散到碳化硅衬底表面，而是仍然使深p型注入横向扩散到包围n型注入的碳化硅衬底的表面。具体说，尽管不希望受工作理论的限制，但理论表明，氮n型注入可以减少n型区中碳空位，从而防止深p型注入在退火期间扩散到n型源区。因此，可以形成高性能自对准碳化硅功率器件。应理解，注入p型掺杂剂的步骤可以在注入n型掺杂剂的步骤之前进行。或者，首先进行n型掺杂剂的注入，然后例如通过退火电激活。然后注入p型掺杂剂。还应理解，碳化硅的n型掺杂剂一般包括氮，碳化硅的p型掺杂剂可以包括硼或铍。目前铍是本专利技术优选的深p型注入掺杂剂，是由于铍可以深注入，同时仍可以与碳化硅衬底产生突变结。根据本专利技术的另一方面，在碳化硅衬底的表面任意注入铝阱，电接触横向扩散的深p型注入。然后可以用镍接触接触铝阱和浅n型注入，以提供欧姆接触。根据本专利技术，可以通过在碳化硅衬底的表面，将铝阱注入漂移区，制造碳化硅横向功率MOSFETs。掩蔽碳化硅衬底表面的漂移区，在漂移区上限定第一对开口，各开口位于铝阱的相对侧上。p型掺杂剂可以以形成深p型注入的注入能量和剂量，通过该第一对开口，注入到碳化硅衬底。n型掺杂剂可以以相对于深p型注入形成浅n型注入的能量和剂量，通过该第一对开口，注入到碳化硅衬底。应理解，可以首先注入p型掺杂剂，然后注入n型掺杂剂。或者，先注入n型掺杂剂，并激活，然后注入p型掺杂剂。然后，在碳化硅衬底的表面，掩蔽漂移区，在漂移区上限定第二对开口，各开口远离各浅n型注入，与铝阱相对。n型掺杂剂通过该第二对开口注入到碳化硅衬底中，限定一对漏区。在足以使各深p型注入横向扩散到包围各浅N-注入的碳化硅衬底的表面的温度和时间下，进行退火，同时，不使各深p型注入通过各浅n型注入纵向扩散到碳化硅衬底表面。由此在碳化硅衬底的表面，在横向扩散的p型注入中形成一对沟道区，各沟道区在各铝阱的相对侧上。在碳化硅衬底表面上，在漂移区上形成一对栅绝缘区，各栅绝缘区与各沟道区接触。然后，在浅n型注入上和两浅n型注入之间的铝阱、在漏区上和一对栅绝缘区上，分别形成公共源接触、一对漏接触和一对栅接触。由此可以形成具有公共源的一对碳化硅横向功率MOSFETs，从而可以形成较大器件单元。应理解，p型掺杂剂和n型掺杂剂每个都可以以一个能量和剂量一次注入。或者，可以采用多注入能量和剂量，形成浅和/或深注入。如上所述，可以采用氮作n型掺杂剂。可以采用硼更好是用铍作p型掺杂剂。所属领域的技术人员还应理解，在上述工艺中，可以在掩蔽漂移区后并且注入了浅和深注入后注入铝阱，以便在两浅n型注入之间注入铝阱。另外，可以在注入n型掺杂剂的步骤后，进行先注入p型掺杂剂然后注入n型掺杂剂的步骤。换言之，可以在形成源区之前形成漏区。或者本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制造碳化硅功率器件的方法，包括以下步骤： 掩蔽碳化硅衬底的表面，在表面限定开口； 以形成深ｐ型注入的注入能量和剂量，通过所说开口向碳化硅衬底注入ｐ型掺杂剂； 以相对于深ｐ型注入形成浅ｎ型注入的注入能量和剂量，通过所说开口向碳化硅衬底注入ｎ型掺杂剂； 在不使深ｐ型注入通过浅ｎ型注入纵向扩散到碳化硅衬底的表面的条件下，以足以使深ｐ型注入横向扩散到包围浅ｎ型注入的碳化硅衬底的表面的温度和时间，进行退火。

【技术特征摘要】
US 1998-6-8 09/0932071.一种制造碳化硅功率器件的方法，包括以下步骤掩蔽碳化硅衬底的表面，在表面限定开口；以形成深p型注入的注入能量和剂量，通过所说开口向碳化硅衬底注入p型掺杂剂；以相对于深p型注入形成浅n型注入的注入能量和剂量，通过所说开口向碳化硅衬底注入n型掺杂剂；在不使深p型注入通过浅n型注入纵向扩散到碳化硅衬底的表面的条件下，以足以使深p型注入横向扩散到包围浅n型注入的碳化硅衬底的表面的温度和时间，进行退火。2.根据权利要求1的方法，其中首先注入p型掺杂剂的步骤包括以形成深p型注入的多个注入能量和剂量，通过所说开口，在碳化硅衬底中注入p型掺杂剂的步骤；及其中然后注入n型掺杂剂的步骤包括然后以相对于深p型注入形成浅n型注入的多个注入能量和剂量，通过所说开口，在碳化硅衬底中注入n型掺杂剂的步骤。3.根据权利要求2的方法，其中首先注入p型掺杂剂的步骤包括以形成深p型注入的多个注入能量和剂量，通过所说开口，在碳化硅衬底中注入硼的步骤；及其中然后注入n型掺杂剂的步骤包括然后以相对于深p型注入形成浅n型注入的多个注入能量和剂量，通过所说开口，在碳化硅衬底中注入氮的步骤。4.根据权利要求1的方法，其中首先注入p型掺杂剂的步骤包括注入硼的步骤，其中然后注入n型掺杂剂的步骤包括注入氮的步骤。5.根据权利要求1的方法，其中首先注入p型掺杂剂的步骤包括注入铍的步骤，其中然后注入n型掺杂剂的步骤包括注入氮的步骤。6.根据权利要求1的方法，还包括在碳化硅衬底的表面注入铝阱，电接触横向扩散的深p型注入的步骤。7.一种制造碳化硅功率器件的方法，包括以下步骤掩蔽碳化硅衬底的表面，在表面限定开口；首先，以形成浅n型注入的注入能量和剂量，通过所说开口向碳化硅衬底注入n型掺杂剂；电激活所说n型掺杂剂；然后以相对于浅n型注入形成深p型注入的注入能量和剂量，通过所说开口向碳化硅衬底注入p型掺杂剂；在不使深p型通过浅n型注入纵向扩散到碳化硅衬底的表面的条件下，以足以使深p型注入横向扩散到包围浅n型注入的碳化硅衬底的表面的温度和时间，进行退火。8.根据权利要求7的方法，其中首先注入n型掺杂剂的步骤包括以形成浅n型注入的多个注入能量和剂量，通过所说开口，在碳化硅衬底中注入n型掺杂剂的步骤；及其中然后注入p型掺杂剂的步骤包括然后以相对于浅n型注入形成深p型注入的多个注入能量和剂量，通过所说开口，在碳化硅衬底中注入p型掺杂剂的步骤。9.根据权利要求8的方法，其中首先注入n型掺杂剂的步骤包括以形成浅n型注入的多个注入能量和剂量，通过所说开口，在碳化硅衬底中注入氮的步骤；及其中然后注入p型掺杂剂的步骤包括然后以相对于浅n型注入形成深p型注入的多个注入能量和剂量，通过所说开口，在碳化硅衬底中注入硼的步骤。10.根据权利要求7的方法，其中首先注入n型掺杂剂的步骤包括注入氮的步骤，其中然后注入p型掺杂剂的步骤包括注入硼的步骤。11.根据权利要求7的方法，其中首先注入n型掺杂剂的步骤包括注入氮的步骤，其中然后注入p型掺杂剂的步骤包括注入铍的步骤。12.根据权利要求7的方法，还包括在碳化硅衬底的表面注入铝阱，电接触横向扩散的深p型注入的步骤。13.一种制造碳化硅横向功率MOSFET的方法，包括以下步骤在碳化硅衬底的表面上，在漂移区注入铝阱；掩蔽碳化硅衬底表面上的漂移区，以便在漂移区上限定第一对开口，各个所说开口位于相应铝阱的相对侧上；然后以形成深p型注入的注入能量和剂量，通过第一对开口向碳化硅衬底注入p型掺杂剂；以相对于深p型注入形成浅n型注入的注入能量和剂量，通过第一对开口向碳化硅衬底注入n型掺杂剂；在碳化硅衬底的表面上掩蔽漂移区，从而在漂移区上限定第二对开口，各开口远离各相应浅n型注入并与铝阱相对；通过第二对开口向碳化硅衬底注入n型掺杂剂，以限定一对漏区；在不使各深p型注入通过各相应浅n型注入纵向扩散到碳化硅衬底的表面的条件下，以足以使各深p型注入横向扩散到包围各浅n型注入的碳化硅衬底的表面的温度和时间，进行退火，从而在碳化硅衬底的表面上，在横向扩散的p型注入中形成一对沟道区，各沟道区位于铝阱的各相应相对侧上；在碳化硅衬底表面，在漂移区上形成一对栅绝缘区，各栅绝缘区与该对沟道区的相应一个接触；及在浅n型注入和两浅n型注入间的铝阱上、在漏区上、在所说绝缘区上，分别形成公共源接触、一对漏接触和一对栅接触。14.根据权利要求13的方法，其中首先注入p型掺杂剂的步骤包括以形成深p型注入的多个注入能量和剂量，通过第一对开口，在碳化硅衬底表面漂移区中注入p型掺杂剂的步骤；及其中然后注入n型掺杂剂的步骤包括然后以相对于深p型注入形成浅n型注入的多个注入能量和剂量，通过第一对开口，在碳化硅衬底表面漂移区中注入n型掺杂剂的步骤。15.根据权利要求14的方法，其中首先注入p型掺杂剂的步骤包括以形成深p型注入的多个注入能量和剂量，通过第一对开口，在碳化硅衬底表面漂移区中注入硼的步骤；及其中然后注入n型掺杂剂的步骤包括然后以相对于深p型注入形成浅n型注入的多个注入能量和剂量，通过第一对开口，在碳化硅衬底表面漂移区中注入氮的步骤。16.根据权利要求14的方法，其中首先注入p型掺杂剂的步骤包括以形成深p型注入的多个注入能量和剂量，通过第一对开口，在碳化硅衬底表面漂移区中注入铍的步骤；及其中然后注入n型掺杂剂的步骤包括然后以相对于深p型注入形成n型注入的多个注入能量和剂量，通过第一对开口，在碳化硅衬底表面漂移区中注入氮的步骤。17.根据权利要求13的方法，其中首先注入p型掺杂剂的步骤包括注入硼的步骤，其中然后注入n型掺杂剂的步骤包括注入氮的步骤。18.根据权利要求13的方法，其中首先注入p型掺杂剂的步骤包括注入铍的步骤，其中然后注入n型掺杂剂的步骤包括注入氮的步骤。19.根据权利要求13的方法，其中注入铝阱的步骤在注入n型掺杂剂的步骤之后，以便铝阱注入在两浅n型注入之间。20.根据权利要求13的方法，其中在注入n型掺杂剂的步骤之后，进行首先注入p型掺杂剂，然后注入n型掺杂剂的步骤，以便在形成深p型注入和浅n型注入之前，形成一对漏区。21.根据权利要求13的方法，其中同时进行注入n型掺杂剂和注入n型掺杂剂的步骤，以便同时形成浅n型注入和一对漏区。22.一种制造碳化硅侧向功率MOSFET的方法，包括以下步骤在碳化硅衬底表面上，在漂移区中注入铝阱；掩蔽碳化硅衬底表面上的漂移区，以在漂移区上限定第一对开口，各个开口位于各铝阱的相对侧上；首先以形成浅n型注入的注入能量和剂量，通过第一对开口向碳化硅衬底注入n型掺杂剂；电激活n型掺杂剂；然后以相对于浅n型注入形成深p型注入的注入能量和剂量，通过第一对开口向碳化硅衬底注入p型掺杂剂；在碳化硅衬底的表面上掩蔽漂移区，从而在漂移区上限定第二对开口，其中各开口远离各相应浅n型注入并与铝阱相对；通过第二对开口向碳化硅衬底注入n型掺杂剂，以限定一对漏区；在不使各深p型注入通过各浅n型注入纵向扩散到碳化硅衬底的表面的条件下，以足以使各深p型注入横向扩散到包围各浅n型注入的碳化硅衬底的表面的温度和时间，进行退火，从而在碳化硅衬底的表面上，在横向扩散的p型注入中形...

【专利技术属性】
技术研发人员：AV苏沃罗夫，JW帕尔穆尔，R辛格，
申请(专利权)人：克里公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]