一种碳化硅半导体器件及其制作方法技术

本发明专利技术公开了一种碳化硅半导体器件，包括半导体衬底、缓冲层和导电外延层，在所述导电外延层上设有栅电极和源极，所述栅电极包括栅介质层和多晶硅层，在所述导电外延层内设有阱区，在所述阱区内设有源区，其特征在于：所述栅介质层包括下层二氧化硅层、位于下层二氧化硅层上的氮化硅层、位于氮化硅层上端的上层二氧化硅层。本发明专利技术所提出的碳化硅半导体器件能够保证器件栅源耐压满足产品规范和应用要求，同时能够得到较低的界面态浓度以及稳定的阈值电压。

【技术实现步骤摘要】
一种碳化娃半导体器件及其制作方法
本专利技术涉及半导体功率器件
，尤其涉及。
技术介绍
大多数功率半导体器件都是由硅(Si)形成，但是各种其它的半导体材料也已被使用，碳化硅(SiC)就是这些备选材料之一。为了实现半导体器件具有更高的耐压以及更低的损耗性能，并且能够在高温环境下能够对其进行使用，通常采用碳化硅作为用于形成半导体器件的材料。与传统上使用的材料硅相比，碳化硅是一种用于高电压、高频和高温下的理想半导体材料。由于碳化硅的大临界电场(是硅的十倍)、大带隙(是硅的三倍)、高导热率(是硅的四倍)以及大电子饱和度(是硅的二倍)，这使得碳化硅成为制造诸如MOSFET (金属氧化物半导体场效应晶体管)、IGBT (绝缘栅双极型晶体管)之类器件的更加理想的材料。由碳化硅形成的半导体器件可具有更高的温度、以高功率密度、以更高的速度、以更高的功率水平和在高辐射密度下操作的能力。因此，通过采用碳化硅作为形成半导体器件的材料，可以实现半导体器件具有更高的耐压和更低的导通电阻性能。另外，采用碳化硅作为材料的半导体器件的好处还在于，与采用硅作为材料的半导体器件相比，其在高温环境下使用时特性降低的可能性更小。在碳化硅上制作MOSFET和IGBT器件，需要在碳化硅衬底形成一层栅介质层，该栅介质层通常为氧化物层。然而利用传统热氧化工艺在碳化硅材料上生产MOSFET、IGBT (绝缘栅双极型晶体管)等器件的栅介质层，其存在生产速度慢、界面态密度高、界面态密度不稳定的缺点，并且在碳面上生长的外延层目前在商业上无法得到，因此理想的是在硅面上形成栅极氧化物，栅极氧化物与碳化硅衬底之间的界面具有大量的界面陷阱，这些界面陷阱以各种方式对沟道区的电子迁移产生影响。这与在硅衬底上的栅介质工艺有很大不同，由于在碳化硅表面很难生长出与硅栅氧工艺一样高质量的二氧化硅层，而栅介质层的质量高低是直接影响了许多主要的器件参数，而这些问题阻碍了碳化硅功率器件的进一步发展，比如栅介质层比较高的界面态浓度直接影响了阈值电压的稳定性，其比较低的击穿强度要求栅氧化物层厚度大，这样才能够满足器件栅源耐压的要求，一般产品应用条件为+/-15伏，而产品规范为+/-30伏。但是另一方面，栅介质层厚度的提高，又会产生更多的界面态陷阱，导致器件阈值电压不稳定的问题。为了保证器件参数阈值电压Vth的稳定性，需要减少栅介质层与碳化硅衬底材料直接的界面态浓度，一种直接的方法就是优化栅介质层的工艺热过程，减少热过程时间，增加退火工艺，然而这样会产生栅介质层厚度薄，栅源击穿电压降低的问题。中国专利申请公布号:CN101933146A，申请公布日:2010年12月29日，公开了一种碳化硅半导体器件，其包括第一导电类型或第二导电类型的碳化硅衬底，第一导电类型的SiC层,其形成在SiC衬底的第一主表面上；第二导电类型的第一 SiC区,其形成在SiC层的表面上；第一导电类型的第二 SiC区，其形成在第一 SiC区的表面内；栅极电介质，其连续地形成在SiC层、第二 SiC区、以及介于SiC层和第二 SiC区之间的第一 SiC区的表面上。该专利所提出的一种碳化硅半导体器件，其存在以下不足之处:由于在碳化硅表面很难生长出与硅栅氧工艺一样高质量的二氧化硅层，因此该碳化硅半导体器件上的栅介质层的质量不高，其直接影响到器件阈值电压的稳定性。
技术实现思路
本专利技术是为了克服现有技术的不足之处，提供了，其制作出的碳化硅半导体器件能够保证器件栅源耐压满足产品规范和应用要求，同时能够得到较低的界面态浓度以及稳定的阈值电压。为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案: 一种碳化硅半导体器件的制作方法，包括以下步骤: (1)提供一个半导体，所述半导体包括半导体衬底和在半导体衬底表面淀积形成的一层较薄的缓冲层以及位于缓冲层上的导电外延层； (2)在所述半导体的上表面涂覆光刻胶，光刻、刻蚀，注入第一类杂质离子形成阱区； (3)去除上述半导体上表面的光刻胶，再重新涂覆光刻胶，光刻、刻蚀，注入第二类杂质离子形成第二类杂质离子 区即源区； (4)去除第三步中半导体上表面的光刻胶，注入第一类杂质离子，形成第一类杂质离子区； (5)在所述半导体上表面生长一层二氧化娃层,该二氧化娃层为栅介质层的第一层； (6)在所述二氧化硅层上面生长一层氮化硅层，该氮化硅层为栅介质层的第二层； (7)在所述氮化硅层上面生长一层二氧化硅层，该氧化硅层为栅介质层的第三层； (8)在所述半导体的上表面淀积一层多晶硅层，所述多晶硅层覆盖上述的栅介质层； (9)利用光刻胶作掩蔽层，选择性地刻蚀上述多晶硅层以及栅介质层，从而形成栅电极； (10)在半导体上表面淀积一层绝缘介质层，在上述绝缘介质层上进行接触孔的光刻和刻蚀，得到源极引线孔； (12)在半导体上表面淀积金属层，所述金属层覆盖所述绝缘介质层，通过对金属层进行光刻和刻蚀得到源极金属。本专利技术所提出的一种碳化娃半导体器件的制作方法,其在制作碳化娃半导体工艺过程中的栅介质由三层材料组成，其能够保证器件栅源耐压满足产品规范和应用要求。[0011 ] 作为优选，所述第一层二氧化硅层，其生长环境为高温湿养化，厚度为l(T30nm，其生长时的温度控制在950~1050摄氏度之间。该优选方案中，由于底层第一层二氧化娃的厚度设置在l(T30nm之间，其厚度薄，可以降低生长温度、速度以及生长时间，从而减少其与半导体衬底材料的界面态密度，其生长温度的范围为950°C~1050°C，其生长速度为每分钟0.1~0.2nm，生长时间缩短为100-200分钟。作为优选，所述第二层氮化硅层，其采用LPCVD的工艺生长方式，其厚度为10~30nmo作为优选，所述第三层二氧化硅层，其生长工艺条件为高温氧化，其厚度小于10nm，其温度控制在1100-1200摄氏度之间，在生长第三层二氧化硅层的后半段，其温度提高20-50摄氏度，降低氧气的流量，同时提高氮气的流量。该优选方案中，在高温氧化过程的后半段，温度进行20°C~50°C的提高，同时降低氧气流量提高氮气的流量，这样可以为所生长的第一次二氧化硅层以及第二层氮化硅层进行退火处理，以降低应力，修复缺陷，进一步降低界面态密度。作为优选，所述半导体衬底材料为碳化硅。该优选方案中，半导体衬底材料采用碳化硅材料，其可以让制作出的半导体器件具有更高的耐压性能以及具有更低的导通电阻。作为优选，所述半导体衬底的掺杂浓度设定在E18/cm3以上。该优选方案中红，半导体衬底的掺杂浓度设定在E18/cm3以上，这样可以降低半导体衬底材料形成的串联电阻。作为优选，在刻蚀栅介质层时，在第二层氮化硅层的刻蚀工艺中使用CF4作为刻蚀气体，增加氧气和氮气的含量；在第一层二氧化硅层的刻蚀工艺中，增加氧气的含量。该优选方案中，在第二次氮化硅层的刻蚀工艺中增加氧气和氮气的含量用来稀释CF4的浓度，以降低对第一层二氧化硅层的刻蚀速率，并达到20:1的刻蚀速率选择比；在第一层二氧化硅层的刻蚀工艺中增加氧气的含量，其可以氧化物与半导体衬底材料的选择比。一种碳化硅半导体器件，包括半导体衬底、缓冲层和导电外延层，在所述导电外延层上设有栅电极和源极，所述栅电极包括栅介质层和多晶硅层，在所述本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种碳化硅半导体器件的制作方法，其特征在于包括以下步骤：（1）提供一个半导体，所述半导体包括半导体衬底和在半导体衬底表面淀积形成的一层较薄的缓冲层以及位于缓冲层上的导电外延层；（2）在所述半导体的上表面涂覆光刻胶，光刻、刻蚀，注入第一类杂质离子形成阱区；（3）去除上述半导体上表面的光刻胶，再重新涂覆光刻胶，光刻、刻蚀，注入第二类杂质离子形成第二类杂质离子区即源区；（4）去除第三步中半导体上表面的光刻胶，注入第一类杂质离子，形成第一类杂质离子区；（5）在所述半导体上表面生长一层二氧化硅层，该二氧化硅层为栅介质层的第一层；（6）在所述二氧化硅层上面生长一层氮化硅层，该氮化硅层为栅介质层的第二层；（7）在所述氮化硅层上面生长一层二氧化硅层，该氧化硅层为栅介质层的第三层；（8）在所述半导体的上表面淀积一层多晶硅层，所述多晶硅层覆盖上述的栅介质层；（9）利用光刻胶作掩蔽层，选择性地刻蚀上述多晶硅层以及栅介质层，从而形成栅电极；（10）在半导体上表面淀积一层绝缘介质层，在上述绝缘介质层上进行接触孔的光刻和刻蚀，得到源极引线孔；（12）在半导体上表面淀积金属层，所述金属层覆盖所述绝缘介质层，通过对金属层进行光刻和刻蚀得到源极金属。...

【技术特征摘要】
1.一种碳化硅半导体器件的制作方法，其特征在于包括以下步骤: (1)提供一个半导体，所述半导体包括半导体衬底和在半导体衬底表面淀积形成的一层较薄的缓冲层以及位于缓冲层上的导电外延层； (2)在所述半导体的上表面涂覆光刻胶，光刻、刻蚀，注入第一类杂质离子形成阱区； (3)去除上述半导体上表面的光刻胶，再重新涂覆光刻胶，光刻、刻蚀，注入第二类杂质离子形成第二类杂质离子区即源区； (4)去除第三步中半导体上表面的光刻胶，注入第一类杂质离子，形成第一类杂质离子区； (5)在所述半导体上表面生长一层二氧化娃层,该二氧化娃层为栅介质层的第一层； (6)在所述二氧化硅层上面生长一层氮化硅层，该氮化硅层为栅介质层的第二层； (7)在所述氮化硅层上面生长一层二氧化硅层，该氧化硅层为栅介质层的第三层； (8)在所述半导体的上表面淀积一层多晶硅层，所述多晶硅层覆盖上述的栅介质层； (9)利用光刻胶作掩蔽层，选择性地刻蚀上述多晶硅层以及栅介质层，从而形成栅电极； (10)在半导体上表面淀积一层绝缘介质层，在上述绝缘介质层上进行接触孔的光刻和刻蚀，得到源极引线孔； (12)在半导体上表面淀积金 属层，所述金属层覆盖所述绝缘介质层，通过对金属层进行光刻和刻蚀得到源极金属。2.根据权利要求1所述的一种碳化硅半导体器件的制作方法，其特征在于:所述第一层二氧化硅层，其生长环境为高温湿养化，厚度为l(T30nm，其生长时的温度控制在950~1...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄国华，冯明宪，门洪达，张伟，王坤池，周月，
申请(专利权)人：厦门天睿电子有限公司，黄国华，
类型：发明
国别省市：