[发明专利]一种4H-SiC P型绝缘栅双极型晶体管的制备方法

说明书

本发明涉及一种4H‑SiC P型绝缘栅双极型晶体管的制备方法。该方法通过在发射极P⁺欧姆接触区域浅注入一层高浓度的铝离子，有利于控制欧姆接触退火后欧姆合金层中铝的组分，从而降低了P型4H‑SiC欧姆接触的比接触电阻率，由此解决了4H‑SiC P型绝缘栅双极型晶体管发射极P⁺源区和N⁺源区同时形成良好的欧姆接触P⁺源区比接触电阻率高的问题。本发明提供的4H‑SiC P型绝缘栅双极型晶体管的制备方法具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明属于半导体技术领域，具体涉及一种4H-SiC P型绝缘栅双极型晶体管(IGBT)的制备方法。

背景技术

相对于以硅为代表的第一代半导体和以砷化镓为代表的第二代半导体，作为第三代半导体代表的碳化硅(SiC)材料具有更大的禁带宽度、临界击穿电场以及更高的热导率，从而适合制造高压大功率半导体器件。作为国际上功率电子和新型材料领域的研究热点，SiC一直以来受到学术界的高度重视，并已在Cree、Rohm、Infineon等公司的攻关推动下，进入商业化阶段。

在大于10kV的高压应用领域中，碳化硅绝缘栅双极型晶体管(SiC IGBT)一直被认为具有较大的发展潜力和应用前景。目前，由于生产低电阻率P⁺衬底N^-外延SiC晶圆片的技术问题，N沟道SiC IGBT的发展遇到了极大的阻碍。相对于N沟道SiC IGBT，P沟道的SiCIGBT的发展相对成熟，但是也遇到了P型SiC欧姆接触特性差、阈值电压高、反型沟道迁移率低等技术问题。

由于4H-SiC的电子亲和势为3.8eV，禁带宽度为3.26eV，因此，N型4H-SiC理想的欧姆接触金属的功函数值要求低于4eV，P型4H-SiC理想的欧姆接触金属的功能函数值要求高于7eV，这导致非常难以在4H-SiC P-IGBT发射极P⁺/N⁺源区同时形成欧姆接触。研究表明，当退火温度为700-800℃时，Ni与高掺杂N型4H-SiC能形成良好的欧姆接触。在退火温度为900-1000℃，铝合金与P型4H-SiC能形成良好的欧姆接触。但是，如果直接采用铝与P型4H-SiC进行欧姆合金化，比接触电阻率的均匀性非常差。这是由于铝金属的熔点只有630℃，经过欧姆接触的高温退火后，铝金属容易从4H-SiC表面脱离。

目前，4H-SiC P型IGBT发射极的欧姆接触方法主要有两种。一种是在P⁺/N⁺源区分别形成欧姆接触，P⁺源区的欧姆接触金属为Al/Ni或Al/Ti，N⁺源区的欧姆接触金属为Ni。这种方法虽然形成了良好的欧姆接触，但是需要完成两次欧姆合金化工艺，一方面增加了工艺步骤，另一方面也降低了工艺的稳定性。此外，P⁺源区与Al/Ti形成欧姆接触的退火温度要求高达1000℃，这样的高温一方面会使Al容易被氧化，另一方面也会导致栅极MOS电容的界面特性恶化。第二种是P⁺/N⁺源区同时形成欧姆接触，选择的欧姆金属为Al/Ni。这种工艺方法虽然简化了工艺流程，但是由于Ni不是P型4H-SiC的良好欧姆接触金属，因此P⁺源区与Ni欧姆合金化后的比接触电阻率高达10^-3Ω·cm²数量级，而且还有一定的肖特基接触现象(如图12(a)所示)。众所周知，提高欧姆接触表面的掺杂浓度有助于降低比接触电阻率。但是，由于高浓度Al掺杂的P型4H-SiC在室温下的离化率低，高剂量Al离子注入会严重破坏4H-SiC的晶格，注入后的高温退火会形成梯束。因此，4H-SiC P型IGBT发射极P⁺源区的Al离子掺杂浓度不能超过10¹⁹cm^-3数量级。

因此，目前存在的问题是急需研究开发一种新型4H-SiC P型绝缘栅双极型晶体管的制备方法。

发明内容