一种碳化硅mosfet功率器件的制造方法_4

文档序号:9398163阅读:来源:国知局
61的回流工艺,在500?1100°C进行,使用的气体包括氧气O2、氢气H2、水蒸气H20、氮气N2、氯化氢HCl、三氯硅烷SiHCl3、一氧化氮NO、笑气N20、氨气NH3或氩气Ar,以及上述气体的混合气体,但并不限于上述几种气体。回流工艺的同时也将栅电极251的边缘部分圆角化和氧化。
[0106]9)如图19所示,在绝缘层261上形成接触孔271和272,在η+源极区221暴露出的区域上表面形成接触222,在ρ+接触区域212暴露出的区域上表面形成接触213,在栅电极251暴露出的区域形成接触252。在绝缘层261上形成接触孔271和272采用光刻、腐蚀和/或刻蚀的方法,接触孔271和272可以是圆形、方形、长条形、六边形、八边形等形状。采用先腐蚀再刻蚀或先刻蚀再腐蚀的方法,接触孔271和272的侧壁会形成包括湿法腐蚀和干法刻蚀两级区域,通过调整腐蚀和刻蚀工艺参数和深度,可以获得不同侧壁倾角的接触孔,适用于小型元器件,并在侧壁边缘处形成钝角,便于后续金属电极的制造。所述光刻步骤包括使用光刻胶或聚酰亚胺等材料,采用紫外光、激光或电子束等方式,在需保留的绝缘层261区域制作出所需要的掩膜图形,暴露出接触孔的区域。所述刻蚀方法包括反应离子刻蚀(reactive 1n etching,RIE)、电感親合等离子(inductive coupled plasma,I CP)刻蚀、激光烧蚀或离子铣等,使用的材料包括氩气Ar、氧气O2、氮气N2、氦气He、氯气Cl2、六氟化硫SF6、四氟化碳CF4、三氟甲烷CHF3、八氟环丁烷C4F8或三氟化氮NF 3,但并不限于上述几种材料。所述湿法腐蚀方法使用的材料包括磷酸H3PO4、氢氟酸HF、缓冲氢氟酸Β0Ε、硫酸H2SO4、硝酸HNO3、盐酸HC1、醋酸CH3COOH或双氧水H2O2,配制不同浓度的腐蚀液。
[0107]在接触孔271和272中填充接触金属并退火,形成接触部分213、222和252。接触部分213、222和252分别与ρ+接触区域212、η+源极区221和栅电极251形成电学耦合。所使用的金属层厚度为0.01?5 μπι,金属是钨、铬、铂、钛、银、金、铝、镍或铜及其合金或其复合结构,采用蒸发、溅射或电镀方式制作,但并不限于上述材料和制作方法。金属层形成后,通过退火与P+接触区域212、η+源极区221和栅电极251形成欧姆接触。退火工艺在300?1100°C进行,使用的气体包括氢气H2、氮气N2或氩气Ar,以及上述气体的混合气体,但并不限于上述几种气体。退火后接触部分213、222和252分别与ρ+接触区域212、η+源极区221和栅电极251形成欧姆接触。
[0108]10)如图20所示,碳化硅衬底201背面形成接触204。接触204通过淀积金属后退火与衬底接触区域203形成欧姆接触。接触204的厚度0.1?5 μπι,可以是钨、铬、铂、钛、银、金、铝、镍或铜及其合金或其复合结构。接触204的形成方法与接触222类似,此处不再重复说明。
[0109]11)所述碳化硅MOSFET功率器件的制造方法还包括其他工艺步骤如金属电极制作和钝化层制作(图中未示出),划片和引线键合等步骤。在此不再赘述。
[0110]实施例3
[0111]I)如图21所示,提供具有第一导电类型的碳化硅衬底301,在衬底301的上表面外延形成漂移层302,外延层302具有与衬底301相同的导电类型。外延层302具有I X 114Cm 3?I X 10 16cm 3的杂质浓度和10?200 μ m的厚度,根据所制造器件的电压等级不同进行选取。
[0112]碳化硅衬底301是4H-SiC、6H-SiC、3C-SiC或15R_SiC晶型的碳化硅,具有I X 118Cm 3?I X 10 19Cm 3的杂质浓度。衬底301的主表面是具有例如(11-20)晶面取向的面A。衬底301可以是η型或ρ型的,此处以制作垂直型N沟道MOSFET所需的η型衬底为例进行描述,如需制作垂直型P沟道M0SFET,只需将描述中导电类型的η型和ρ型互换。碳化娃衬底301可以是标准厚度400?1000微米,也可以是经过减薄的厚度10?400微米。
[0113]2)如图22所示,在碳化硅外延层302上形成第二导电类型的碳化硅阱区311。碳化硅阱区311的制造方法包括:在外延层302上形成掩膜材料,利用光刻将掩膜材料图形化,去除将形成阱区311部分的掩膜材料,再从掩膜上将ρ型杂质(例如B或Al)离子注入到η型外延层302的上表面部分。去除掩膜后,在1500?2200°C温度下进行活化退火工艺,退火时间为3?30分钟,从而形成ρ型阱区311。阱区311具有5 X 115Cm 3?5X10 19Cm3的杂质浓度和0.3?I μπι的深度。阱区311可以是非均匀掺杂的,在表面附近具有较低的杂质浓度,杂质浓度随深度增加先增大后减小,在0.3?0.8 μ m处具有最高的杂质浓度,再逐渐降低。
[0114]3)如图23所示,在阱区311的上表面形成η+型源极区321和ρ+型接触区域312,同时在阱区311的上表面形成场限环314及场截止环315和325。η+型源极区321距ρ型阱区311的边缘有一定的间距,即沟道区域。场限环314位于器件边缘,由若干个宽度和间距不等的环组成,场限环的数量为2?50,图中只示意性地画出了 2个场限环的情况。场限环314与ρ+型接触区域312同时形成,具有相同的杂质浓度和厚度。场截止环315和325位于场限环314外侧,由两部分构成,上半部分场截止环325为η型掺杂,下半部分场截止环315为ρ型掺杂。η+型源极区321、ρ+型接触区域312、场限环314、场截止环315和325的制造方法与阱区311的制造方法类似,包括利用光刻形成图形化的掩膜材料、离子注入和活化退火工艺。η+型源极区321具有I X 119Cm 3?5 X 10 2°cm 3的杂质浓度和0.1?0.4 μ m的厚度。ρ+型接触区域312和场限环314具有I X 119Cm 3?5 X 10 20cm 3的杂质浓度和0.1?0.4μπι的厚度。场截止环315具有I X 118Cm 3?5X10 2°cm 3的杂质浓度和0.1?0.8μπι的厚度。场截止环325具有I X 118Cm 3?5X 10 2°cm3的杂质浓度和0.1?0.4 μπι的厚度。η+型源极区321、ρ+型接触区域312的杂质浓度和厚度均不相同。
[0115]4)如图24所示,在η+源极区321和ρ+接触区312的表面上形成栅介质缓冲层340。栅介质缓冲层340主要是氧化硅材料,可以含有N、P、B、Al或C杂质元素,厚度I?lOOnm,采用将碳化娃氧化的方法制作,氧化温度为600?1500°C,使用的气体包括氧气02、氢气H2、水蒸气H20、氮气N2、氯化氢HCl、三氯硅烷SiHCl3、一氧化氮NO、笑气N20、氨气NH3或氩气Ar,以及上述气体的混合气体,但并不限于上述几种气体。
[0116]5)如图25所示,在栅介质缓冲层340上形成初始栅极341。初始栅极341可以是绝缘的或导电的,厚度为10?200nm或更小,可以是多晶硅、非晶硅或无定型硅材料,可以是非掺杂的或掺入0、Ν、Ρ、Β或Al元素,采用原子层沉积(atomic layer deposit1n,ALD)、低压化学气相沉积(low pressure chemical vapor deposit1n,LPCVD)、等离子增强化学气相沉积(plasma enhanced chemical vapor deposit1n, PECVD)或派射方式制作,但并不限于上述材料和制作方法。
[0117]6)如图26所示,将初始栅极341氧化,形成所需厚度的栅极电介质层342。栅极电介质层342是绝缘的,主要是氧化硅材料,可以含有N、P、B、Al或C杂质元素,厚度为20?400nm或更小。初始栅电极341的氧化在高温下进行,氧化温度为600?1500°C,使用的气体包括氧气O2、氢气H2、水蒸气H20、氮气N2、氯化氢HCl、三氯硅烷SiHCl3、一氧化氮NO、笑气N20、氨气NH3或氩气Ar,以及上述气体的混合气体,但并不限于上述几种气体。
[0118]7)如图27所示,在栅极电介质层342上形成导电的栅电极351,并进行图形化,以便形成半导体元器件。栅电极351由多晶娃、Al、T1、N1、W或Pt材料制成,掺杂了 η型或P型杂质以增强导电性。栅电极351具有0.1?5μπι或更大的厚度。采用光刻和腐蚀或刻蚀的方法对栅电极351、栅极电介质层342及栅介质缓冲层340进行图形化制作。所述光刻步骤包括使用光刻胶等材料,采用紫外光、激光或电子束等方式,在需保留的栅电极351上制作出所需要的光刻胶图形,暴露出需去除的区域。所述刻蚀方法包括反应离子刻蚀(reactive 1n etching,RIE)、电感親合等离子(inductive coupled plasma,I CP)刻蚀、激光烧蚀或离子铣等,使用的材料包括氩气Ar、氧气O2、氮气N2、氦气He、氯气Cl2、六氟化硫SF6,四氟化碳CF4、三氟甲烷CHF3、八氟环丁烷C4F8或三氟化氮NF 3,但并不限于上述几种材料。所述湿法腐蚀方法使用的材料包括磷酸H3PO4、氢氟酸HF、缓冲氢氟酸Β0Ε、硫酸H2S04、硝酸圆03、盐酸HCl、醋酸CH3C00H、双氧水H2O2、氢氧化钾KOH或四甲基氢氧化铵TMAH,配制不同浓度的腐蚀液。
[0119]8)如图28所示,在栅电极351和外延层302的上表面形成绝缘层361。绝缘层361将栅电极351完全覆盖,将栅电极351与外延层302及η+源极区321、ρ+接触区域312之间形成电学隔离。形成绝缘层361后,进行回流工艺,以将边缘部分圆角化,并提高绝缘层361的质量。绝缘层361具有0.5?10 μm的厚度,可以是氧化娃、氮化娃、磷娃玻璃PSG、硼硅玻璃BSG、硼磷硅玻璃BPSG、多晶硅或含氧多晶硅材料或其复合结构,采用原子层沉积(atomic layer deposit1n, ALD)、低压化学气相沉积(low pressure chemicalvapor deposit1n,LPCVD)、等离子增强化学气相沉积(plasma enhanced chemical vapordeposit1n,PECVD)或派射等方式制作,但并不限于上述材料和制作方法。绝缘层361的回流工艺,在500?1100°C进行,使用的气体包括氧气O2、氢气H2、水蒸气H20、氮气N2、氯化氢HCl、三氯硅烷SiHCl3、一氧化氮NO、笑气N20、氨气NH3或氩气Ar,以及上
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