[发明专利]一种基于双MOS栅控的N型碳化硅晶闸管及其制备方法

权利要求书

1.一种基于双MOS栅控的N型碳化硅晶闸管，其特征在于，包括：钝化层(1)、阳极接触金属(2)、关断栅极接触金属(3)、开启栅极接触金属(4)、栅氧化层(5)、P+短路区(6)、N+阳极区(7)、P-漂移区(8)、N-漂移区(9)、缓冲层(10)、衬底(11)以及阴极接触金属(12)，其中，

所述缓冲层(10)、所述N-漂移区(9)、所述P-漂移区(8)、所述N+阳极区(7)依次设置于所述衬底(11)上表面，所述阴极接触金属(12)设置于所述衬底(11)的下表面；

所述P+短路区(6)设置在所述N+阳极区(7)内部右上方且与所述N+阳极区(7)的上表面平齐；

所述栅氧化层(5)包括彼此间隔的两部分，其一部分设置在所述N+阳极区(7)的右侧并延伸至所述P+短路区(6)上部和P-漂移区(8)上部，另一部分设置在所述P-漂移区(8)的左侧并延伸至所述N+阳极区(7)上部和所述N-漂移区(9)上部；

所述开启栅极接触金属(4)和所述关断栅极接触金属(3)分别设置在所述栅氧化层(5)间隔的两部分的表面并部分覆盖所述栅氧化层(5)；

所述阳极接触金属(2)设置在所述N+阳极区(7)和所述P+短路区(6)的上表面，并位于所述栅氧化层(5)的两部分之间；

所述钝化层(1)设置在所述关断栅极接触金属(3)、所述开启栅极接触金属(4)、以及所述阳极接触金属(2)的部分上表面。

2.根据权利要求1所述的N型碳化硅晶闸管，其特征在于，还包括通过在器件开启栅区域进行碳注入和表面薄层Si₃N₄工艺形成的高寿命区(13)。

3.根据权利要求1或2所述的N型碳化硅晶闸管，其特征在于，所述开启栅极接触金属(4)与所述关断栅极接触金属(3)的面积比为3:1～5:1。

4.一种基于双MOS栅控的N型碳化硅晶闸管的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(a)在N+碳化硅衬底上依次外延生长P-型漂移区、N-漂移区、N型缓冲层以及P+衬底区；

(b)反置器件，并对所述N+碳化硅衬底进行化学机械剖光以形成N+阳极区；

(c)刻蚀步骤(b)完成的器件以形成关断栅台面和开启栅台面，包括：

采用ICP刻蚀工艺，对器件右侧的N+阳极区和P-漂移区进行刻蚀，以在器件右侧形成关断栅台面；同时对器件左侧的N+阳极区、P-漂移区以及N-漂移区进行刻蚀在器件左侧形成开启栅台面；其中，关断栅一侧刻蚀刻蚀深度为3.2μm～4.1μm；开启栅一侧刻蚀深度为7.0μm～8.5μm；(d)在所述关断栅台面一侧进行离子注入以形成P+短路区；其中，所述P+短路区位于所述N+阳极区中；

(e)采用碳离子注入工艺制备高寿命区；其中，所述高寿命区位于器件导通区中；

(f)采用薄层Si₃N₄淀积和高温热氧化工艺分别在所述关断栅台面和所述开启栅台面上制备栅氧化层；其中，

所述关断栅台面上的栅氧化层起始于所述P+短路区并向下延伸至所述P-漂移区，并覆盖所述P+短路区的部分上表面、所述P+短路区的侧面、所述N+阳极区的侧面以及所述P-漂移区的部分上表面；

所述开启栅台面上的栅氧化层起始于所述N+阳极区并向下延伸至所述N-漂移区，并覆盖所述N+阳极区的部分上表面、所述N+阳极区的侧面、所述P-漂移区的侧面以及所述N-漂移区的部分上表面；

(g)淀积金属以分别形成阴极接触金属层、阳极接触金属层以及双栅接触金属层；其中，所述双栅接触金属层包括关断栅极接触金属和开启栅极接触金属，所述关断栅极接触金属位于所述关断栅台面一侧的栅氧化层上，所述开启栅极接触金属位于所述开启栅台面一侧的栅氧化层上；

(h)淀积钝化层以完成器件的制作。

5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤(a)包括：

(a1)对所述N+型碳化硅衬底进行RCA标准清洗；

(a2)采用低压热壁化学气相淀积法分别在所述N+型碳化硅衬底上外延生长所述P-型漂移区、所述N-漂移区、所述N型缓冲层以及所述P+衬底区；其中，外延温度为1600℃，压力为100mbar，反应气体为硅烷和丙烷，载运气体为纯氢气。