^1.溝槽型SiC MOSFET 工藝流程

在提高 SiC 功率器件性能方面發(fā)揮重要作用的最重要步驟之一是器件制造工藝流程。SiC功率器件在用作n溝道而不是p溝道時(shí)往往表現(xiàn)出更好的性能;為了獲得更高的性能，該器件需要在低電阻率的 p 型襯底上外延生長(zhǎng)。

然而，目前市場(chǎng)上商用p型4H-SiC襯底具有相對(duì)較高的電阻率(約2.5Ω-cm)，比n型襯底的電阻率高出約兩個(gè)數(shù)量級(jí)。如果使用高電阻率的p型襯底，n溝道SiC器件的優(yōu)勢(shì)就會(huì)減弱。因此，由于目前無(wú)法獲得具有低電阻率的 p 型襯底的問(wèn)題，通過(guò)在商業(yè) n+ 襯底上生長(zhǎng)層來(lái)研究反向生長(zhǎng)以提高性能。

為了進(jìn)一步提高器件的性能，還考慮了器件的溝槽設(shè)計(jì)工藝。溝槽結(jié)構(gòu)在Si-MOSFET中得到了廣泛的應(yīng)用，在SiC-MOSFET中也備受關(guān)注。溝槽式SiC MOSFET在差分體二極管的導(dǎo)通電阻和器件的導(dǎo)通電阻方面都沒(méi)有表現(xiàn)出退化，即使在連續(xù)的電流應(yīng)力500小時(shí)后也是如此。此外，由于溝槽設(shè)計(jì)沒(méi)有JFET區(qū)域，溝槽SiC MOSFET的導(dǎo)通電阻比傳統(tǒng)設(shè)計(jì)低。

在溝槽MOSFET的制造工藝步驟中，p基的注入步驟和溝槽的形成步驟可以互換，即先進(jìn)行p基注入，然后制作溝槽結(jié)構(gòu)，或者先制作溝槽，然后再進(jìn)行p基注入。上圖為首先進(jìn)行溝槽的制造流程。

工藝步驟如下：

首先，在n+襯底上外延生長(zhǎng)n-漂移區(qū);然后，在通過(guò)使用Al或N的注入物對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行開槽后，開槽的柵極區(qū)被用來(lái)制作p基區(qū)。隨后，進(jìn)行p+注入形成屏蔽區(qū)，然后進(jìn)行n+注入以定義源漏區(qū)。在注入步驟之后，將得到的結(jié)構(gòu)暴露在高溫下進(jìn)行熱氧化，退火后形成柵氧化物，然后沉積柵電極、源極金屬和漏極金屬。最后，該結(jié)構(gòu)涂有聚酰亞胺層作為保護(hù)性鈍化層。為了通過(guò)減少 SiC 襯底和外延層中存在的缺陷數(shù)量來(lái)提高器件的性能，采用了各種離子注入和熱氧化工藝方法。

SiC器件的性能、可靠性和穩(wěn)定性也取決于SiC晶圓的質(zhì)量，而SiC元件的良率間接影響制造成本。SiC晶圓的總?cè)毕葜饕潜菊鞑牧先毕莺屯庋由L(zhǎng)造成的結(jié)構(gòu)缺陷。這些缺陷充當(dāng)復(fù)合中心并顯著降低厚漂移區(qū)的載流子壽命。不同的優(yōu)化工藝參數(shù)，例如 C+ 離子注入/退火、熱氧化/退火或溝槽設(shè)計(jì)，可以將這些缺陷減少到大約 10^11 cm-3 的非常低的水平。

2.SiC離子注入

離子注入是制造幾乎所有類型的 SiC 器件的重要工藝。通過(guò)離子注入可以實(shí)現(xiàn)對(duì)n型和p型導(dǎo)電率的大范圍摻雜控制。由于 SiC 中摻雜劑的擴(kuò)散系數(shù)非常小，因此在注入后的退火過(guò)程中，大部分注入過(guò)程中的擴(kuò)散雜質(zhì)可以忽略不計(jì)。

但是，如果注入過(guò)程中對(duì)晶格的破壞接近于非晶態(tài)，則晶格很難恢復(fù)。因此，通常使用高溫(~500°C)注入，特別是當(dāng)注入劑量非常高時(shí)。此外，有必要在非常高的溫度(>1700°C)下進(jìn)行注入后退火，以實(shí)現(xiàn)晶格恢復(fù)和高電激活率。這種高溫退火可能會(huì)導(dǎo)致不一致的硅蒸發(fā)和粗糙的表面。

圖中上半部分內(nèi)容顯示了電激活率對(duì)注入氮 (N) 或磷 (P) 的 SiC 的退火溫度的依賴性;注入在室溫 (RT) 下進(jìn)行。1300℃以下退火溫度的活化率非常小(<10%)，需要1600~1700℃高溫退火才能獲得近乎完美的活化率(>95%)。

圖中下半部分內(nèi)容顯示了在 1700°C 退火 30 分鐘的 N 或 P 注入 SiC 的薄層電阻與總注入劑量之間的關(guān)系。當(dāng)注入劑量相對(duì)較低(<3 × 10^14 cm-2)時(shí)，無(wú)論注入溫度(RT 或 500°C)如何，N+ 注入類型的薄層電阻都沒(méi)有顯著差異。在 RT 注入的情況下，注入劑量下的薄層電阻約為 0.7-1 × 10^15 cm-2，并且隨著注入劑量的進(jìn)一步增加而增加。在這個(gè)高劑量區(qū)域，常溫注入造成的晶格損傷非常嚴(yán)重。活化退火后，注入?yún)^(qū)含有高密度的堆垛層錯(cuò)和3C-SiC晶粒。

另一方面，觀察到薄層電阻隨著熱注入劑量的增加而降低。氮注入?yún)^(qū)域的最大薄層電阻在 300 Ω/sq. 時(shí)幾乎飽和，這可能受到 N 原子在 SiC 中相對(duì)較低的溶解度的限制。通過(guò)熱注入 P，薄層電阻可以進(jìn)一步降低到 30-50 Ω/sq。由于 P 的溶解度極限較高，這個(gè)過(guò)程是可能的。

審核編輯：湯梓紅