[发明专利]一种具有整流的碳化硅JFET栅结构的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种具有整流作用的碳化硅JFET栅结构的制备方法，属于半导体器件技术领域。

背景技术

SiC材料禁带宽度大、击穿电场高、饱和漂移速度和热导率大，这些材料优越性能使其成为制作高功率、高频、耐高温、抗辐射器件的理想材料。SiC JFET在大功应用中具有很大价值，这都归功于结型栅具有很高的稳定性，这种稳定性不受MOS结构中栅氧化层可靠性限。

目前限制SiC JFET大范围应用的一个很重要原因是驱动电路的复杂性以及意外开启造成的系统损毁。由于结型栅在栅压超过PN结开启电压后栅电流将会快速层长，因此要求工作栅压要低于PN结导通电压（小于3V）。为了保证器件为常关器件，通常要高于2V开启，因此在导通状态下栅压控制范围一般小于1V，这就严重提高了SiC JFET器件驱动电路的设计难度以及系统的安全性。

通常欧姆接触栅结构中栅电极电压超过碳化硅PN结开启电压（2.8V），栅电极注入电流快速增长。由于注入大量第二种载流子造成沟道部分3处感应与注入量相当的第一种载流子，沟道导通电阻下降，导电性得到增强。但由于注入第二种载流子浓度随栅极电压提高过快，器件无法工作在此沟道3增强状态。此外对于沟道3常关型碳化硅JFET器件，开启电压高于0V，栅控范围小于2.8V，栅电极8电压工作范围过小，系统波动情况下易产生意外开启。

发明内容

本发明提出的是一种具有整流作用的碳化硅JFET栅结构的制备方法，其目的是为了解决现有技术所存在的上述技术问题，在注入第二种载流子使器件沟道电阻大幅度下降的状态下，仍保证器件正常工作，可避免系统波动情况下易产生意外开启的缺陷。

本发明的技术解决方案：一种具有整流作用的碳化硅JFET栅结构的制备方法，包括如下工艺步骤：

1）在第一导电类型衬底上生长第一导电类型层；

2）通过两组注入分别形成具有第二导电类型的栅接触区和栅极区两部分，栅极区和具有第一导电类型的漂移区和沟道区分别形成PN结；

3）通过欧姆退火实现源电极与沟道区和漏电极与第一导电类型衬底之间的欧姆接触；

4）通过整流栅极接触退火在栅电极和第二导电类型的栅接触区之间形成整流栅接触。

本发明的优点：本设计结构采用控制栅接触区7掺杂浓度及退火条件的方法调整栅电极8与栅接触区7之间的势垒，使其具有整流特性，非线性的降低栅极电流随栅极电压的增长速度，使器件在栅极注入载流子时栅极电流保持在可容忍范围内，在沟道区3实际导电宽度达到最大后继续通过栅极注入载流子的方法进一步提高沟道导通性能。此外扩大了栅极电压工作范围（例如图6），避免了系统波动造成的意外开启。例如图7所示为采用整流栅结构的碳化硅JFET跨导测试结果，在栅极电压高于2.8V后仍能保持较高的跨导。

附图说明

附图1是具有整流的碳化硅JFET栅结构示意图。

附图2是本发明用于A碳化硅器件结构中的示意图。

附图3是本发明用于B碳化硅器件结构中的示意图。

附图4是本发明用于C碳化硅器件结构中的示意图。

附图5是本发明用于D碳化硅器件结构中的示意图。

附图6是栅极开启电压从2V提高到6V的示意图。

附图7是采用整流栅结构的碳化硅JFET跨导测试结果示意图。

图中的1是第一导电类型层、2是第一导电类型衬底、3是沟道区、4是漏电极、5是源电极、6是栅极区、7是第二导电类型的栅接触区、8是栅电极、9是A漂移区、10是A衬底、11是A沟道区、12是A源欧姆接触区、13是A漏电极、14是A源电极、15是A栅极区、16是A栅接触区、17是A栅电极、18是B漂移区、19是B衬底、20是B沟道区、21是B源极欧姆接触区、22是B漏电极、23是B源电极、24是B栅极区、25是B栅接触区、26是B栅极区、27是B栅接触区、28是B栅电极、29是C漂移层、30是C衬底、31是C沟道区、32是C源极欧姆接触区、33是C漏电极、34是C栅极区、35是C栅接触区、36是C栅电极、37是C源电极、38是D栅极区、39是D衬底、40是D沟道区、41是D漏欧接触姆区、42是D漏电极、43是D栅极区、44是D栅接触区、45是D栅电极、46是D源极欧姆接触区、47是D源电极、48是D栅接触区、49是D栅电极。

具体实施方式

一种具有整流作用的碳化硅JFET栅结构的制备方法，包括如下工艺步骤：

1）在第一导电类型衬底2上生长第一导电类型层1；