层I的上表面外延生长具有N型重掺杂性质的碳化硅N+缓冲层2，碳化硅N+缓冲层2的掺杂浓度约为I X 1018cnT3，碳化硅N+缓冲层2的厚度约为0.1 μ m?I μ m，在碳化硅N+缓冲层2的上表面外延生长具有N型导电性的碳化硅N型漂移层3，碳化硅N型漂移层3的掺杂浓度约为I X 114CnT3?I X 116CnT3,碳化娃N型漂移层3的厚度约为50 μ m?300 μ m。
[0043]步骤二，去除N型碳化硅牺牲衬底10。参照图2，用研磨法、化学机械抛光法、干式抛光法、湿法腐蚀法、等离子辅助化学腐蚀法、常压等离子腐蚀法等多种方法的其中一种方法将N型碳化硅牺牲衬底10去除，仅保留外延生长得到的碳化硅P+层1、碳化硅N+缓冲层2和碳化硅N型漂移层3，保留的部分用来制作IGBT的器件结构。
[0044]步骤三，离子注入形成P+基极阱区4，参照图3。首先在N型漂移区3的表面上，例如，通过化学气相淀积(CVD)的方法形成S12层，对S12层进行光刻并显影，暴露出需要进行P型离子注入的区域，对保留的光刻胶进行坚膜，增强其抗蚀性，之后运用反应离子刻蚀(RIE)或者电感耦合等离子体刻蚀(ICP)的方法移除需要进行离子注入区域的S12层，运用例如丙酮湿法刻蚀或者氧等离子体刻蚀的方法去除光刻胶，然后利用所制备的S12层作为掩膜，进行P型离子注入，形成P+基极阱区4，同样用RIE或者ICP方法移除S12层掩膜。
[0045]步骤四，运用相同的工序形成N+发射极阱区5，参照图3。首先在N型漂移区的表面上，通过CVD方法形成S12层，对S12层进行光刻并显影，暴露出需要进行N型离子注入的区域，对保留的光刻胶进行坚膜，增强其抗蚀性，之后运用RIE或者ICP的方法移除需要进行离子注入区域的S12层，运用例如丙酮湿法刻蚀或者氧等离子体刻蚀的方法去除光刻胶，然后利用所制备的S12层作为掩膜，进行N型离子注入，形成N+发射极阱区5，同样用RIE或者ICP方法移除S12层掩膜。
[0046]离子注入完成后，对注入的离子进行活化退火。
[0047]步骤五，形成栅极氧化层7a，参照图4。热氧化生成例如约1nm?10nm厚的氧化层，对氧化层进行光刻并显影，保留栅极氧化层上部的光刻胶作为刻蚀掩膜，去除其他区域的光刻胶，对光刻胶进行坚膜，利用例如RIE或者ICP等刻蚀方法去除未掩蔽部分的氧化层，去除光刻胶，形成栅极氧化层7a。
[0048]步骤六，形成栅极6，并用氧化层隔离保护，参照图4。在栅极氧化层上形成例如由多晶娃或者金属制成的栅极。多晶娃栅极可米用淀积多晶娃一光刻一显影一坚膜一RIE或ICP刻蚀一去胶的工艺进行制备，金属栅极可采用溅射或者蒸发金属膜一光刻一刻蚀金属栅区域以外金属一去胶的工艺进行制备，其中刻蚀金属可以有湿法刻蚀、IBE刻蚀、剥离等方法。在栅极表面制备氧化层，并将其图形化，形成对栅电极的氧化隔离保护7b。
[0049]步骤七，在正面制作与N+发射极相连的发射极接触8，参照图6。可采用金属剥离方法进行制备，首先进行光刻和显影，暴露出需要制作发射极接触的区域，淀积例如几十到几百纳米的Ti/Ni金属层，移除包括上层Ti/Ni金属层在内的光刻胶，保留发射极接触区域的金属，对金属进行热处理，形成发射极接触8。
[0050]步骤八，在背面制作与P+层相连的集电极9，参照图6。淀积例如几十到几百纳米的Ti/Al/Ni金属层，对金属进行热处理，形成集电极。
[0051]利用上述步骤，完成本实施例的采用N型碳化硅衬底制作的N沟道IGBT器件。
[0052]本发明避免使用电阻率大的P型碳化硅衬底制作N沟道IGBT，减小了碳化硅N沟道IGBT的集电极电阻，提高了器件性能，简化了制作工艺。
[0053]最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解:依然可以对本发明的【具体实施方式】进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
【主权项】
1.一种采用N型碳化硅衬底制作N沟道IGBT器件的方法，其特征在于，所述方法包括下述步骤: 步骤一，在N型碳化硅衬底(10)表面外延生长碳化硅P+外延层(I )、碳化硅N+缓冲层(2)以及碳化硅N型漂移层(3); 步骤二，将N型碳化硅衬底(10)去除，保留的部分用来制作IGBT器件，保留的部分称之为样品； 步骤三，在样品上表面旋涂光刻胶并进行光刻及显影，暴露出P+基极阱区(3)的区域，进行P+离子注入，形成P+基极阱区(4)，之后去除光刻胶； 步骤四，在样品上表面旋涂光刻胶并进行光刻及显影，暴露出N+发射极阱区(5)的区域，进行N+离子注入，形成N+发射极阱区(5)，之后去除光刻胶； 步骤五，在IGBT器件上表面热氧化，氧化温度为1350°C以上，氧化时间I小时?20小时，对其进行光刻及刻蚀，形成栅极氧化层(7)； 步骤六，淀积多晶硅层或者金属层，对其进行光刻及刻蚀，形成栅极(6)，用氧化层进行隔离保护； 步骤七，在样品正面淀积金属，与N+发射极阱区(5)相连形成发射极接触(8)； 步骤八，在样品背面的碳化硅P+外延层(I)表面淀积金属，形成集电极(9)。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤一中，所述N型碳化硅衬底(10)选取4H-SiC单晶衬底、6H-SiC单晶衬底或3C-SiC单晶衬底的其中一种； 所述N型碳化硅衬底(10)的厚度为360 μ m。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述碳化硅P+外延层(I)采用在N型碳化硅衬底(10)上进行外延生长的方法得到；在N型碳化硅衬底(10)的上表面外延生长具有P型重掺杂性质的碳化硅P+外延层(1)，碳化硅P+外延层(I)的掺杂浓度为lX1019cm_3，其厚度为I μ m?5 μ m ; 所述碳化硅N+缓冲层(2)在碳化硅P+外延层(I)上由外延生长方法得到，在碳化硅P+外延层(I)的上表面外延生长具有N型重掺杂性质的碳化硅N+缓冲层(2)，碳化硅N+缓冲层(2)的掺杂浓度为lX1018cm_3，其厚度为0.1ym?Iym; 在碳化硅N+缓冲层(2 )的上表面外延生长具有N型导电性的碳化硅N型漂移层(3 )，碳化硅N型漂移层(3)的掺杂浓度为I X 114CnT3?I X 1016cnT3，其厚度为50 μ m?300 μ m。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤二中，采用包括采用研磨法、化学机械抛光法、干式抛光法、湿法腐蚀法、等离子辅助化学腐蚀法和常压等离子腐蚀法中的其中一种方法将N型碳化硅衬底(10)去除，保留外延生长得到的碳化硅P+外延层(I)、碳化硅N+缓冲层(2)以及碳化硅N型漂移层(3)，保留部分用以制作IGBT器件。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤三中，在碳化硅N型漂移层(3)的表面上，通过化学气相淀积方式形成S12层，对S12层进行光刻并显影，暴露出需要进行P型离子注入的区域，对保留的光刻胶进行坚膜，增强其抗蚀性，之后运用反应离子刻蚀RIE或者电感耦合等离子体刻蚀ICP方式移除进行离子注入区域的S12层，运用丙酮湿法刻蚀或者氧等离子体刻蚀的方式去除光刻胶，然后利用所制备的S12层作为掩膜，进行P型离子注入，形成P+基极阱区(4)，同样采用反应离子刻蚀RIE或者电感耦合等离子体刻蚀ICP方式移除S12层掩膜。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤四中，在碳化硅N型漂移层(3)的表面上，通过化学气相淀积方式形成S12层，对S12层进行光刻并显影，暴露出需要进行N型离子注入的区域，对保留的光刻胶进行坚膜，增强其抗蚀性，之后运用反应离子刻蚀RIE或者电感耦合等离子体刻蚀ICP方式移除需要进行离子注入区域的S12层，运用丙酮湿法刻蚀或者氧等离子体刻蚀的方法去除光刻胶，然后利用所制备的S12层作为掩膜，进行N型离子注入，形成N+发射极阱区(5)，同样用反应离子刻蚀RIE或者电感耦合等离子体刻蚀ICP方式移除S12层掩膜； N型离子注入完成后，对注入的离子进行活化退火。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤五中，热氧化生成1nm?10nm厚的氧化层，对氧化层进行光刻并显影，保留栅极氧化层上部的光刻胶作为刻蚀掩膜，去除除栅极氧化层上部其他区域的光刻胶，对光刻胶进行坚膜，利用反应离子刻蚀RIE或者电感耦合等离子体刻蚀ICP方式去除未掩蔽部分的氧化层，去除光刻胶，形成栅极氧化层(7a)。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤六中，在栅极氧化层(7a)上形成由多晶娃或者金属制成的栅极(6);多晶娃栅极米用淀积多晶娃一光刻一显影一坚膜一RIE或ICP刻蚀一去胶的工艺进行制备，金属栅极采用溅射或者蒸发金属膜一光刻一刻蚀金属栅区域以外金属一去胶的工艺进行制备，其中刻蚀金属包括湿法刻蚀、IBE刻蚀和剥离方法。在栅极表面制备氧化层，并将其图形化，形成对栅电极的氧化隔离保护。
9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤七中，采用金属剥离方法进行制备，首先进行光刻和显影，暴露出需要制作发射极接触的区域，淀积1nm-1OOOnm的Ti/Ni金属层，移除包括上层Ti/Ni金属层在内的光刻胶，保留发射极接触区域的金属，对金属进行热处理，形成发射极接触(8 )。
10.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤八中，淀积1nm-1OOOnm的Ti/Al/Ni金属层,对金属进行热处理,形成集电极(9)。
【专利摘要】本发明涉及一种采用N型碳化硅衬底制作N沟道IGBT器件的方法，该方法首先在N型碳化硅衬底上外延生长碳化硅P+外延层、碳化硅N+缓冲层以及碳化硅N型漂移层，接着运用研磨方法或化学机械抛光等方法将N型碳化硅衬底去除，保留的部分用来制作IGBT的器件结构，之后在碳化硅N型漂移层中采用离子注入的方法形成P+基极阱区，在P+基极阱区中采用离子注入的方法形成N+发射极阱区，在器件上表面热氧化形成场氧层，淀积多晶硅或者金属形成栅极，并用氧化层隔离保护，最后淀积金属形成发射极接触和集电极，该方法避免了采用P型碳化硅衬底制作N沟道IGBT器件，减小了集电极电阻，提高了N沟道碳化硅IGBT器件的性能，且工艺简单，易于实现。
【IPC分类】H01L21-04, H01L21-331
【公开号】CN104810282
【申请号】CN201410037060
【发明人】杨霏, 李玲
【申请人】国家电网公司, 国网智能电网研究院
【公开日】2015年7月29日
【申请日】2014年1月26日