專利名稱：帶浮置埋層的碳化硅高壓n型金屬氧化物半導體管及方法
技術領域：
本發(fā)明是一種碳化硅金屬氧化物半導體管及方法，尤其是碳化硅高壓金屬氧化物 半導體管及方法。
背景技術：
金屬氧化物半導體型功率集成器件具有開關特性好、功耗小等優(yōu)點，更為重要的 是金屬氧化物半導體型功率器件易于兼容標準低壓金屬氧化物半導體工藝，降低芯片的生 產成本。在M0S型功率集成器件的研究中以橫向雙擴散、偏置柵等結構較多。其中橫向金 屬氧化物半導體場效應管具有良好的短溝道特性和負的遷移率溫度系數，而且通過RESURF 技術可以得到很高的擊穿電壓。因此其應用廣泛特別適用于CDMA、W-CDMA、TETRA、數字地 面電視等需要寬頻率范圍、高線性度和使用壽命要求高的應用。目前，碳化硅作為一種寬禁帶半導體材料，其擊穿電場強度高、熱穩(wěn)定性好，還具 有載流子飽和漂移速度高、熱導率高等特點，可以用來制造各種耐高溫、高頻大功率器件， 應用于硅器件難以勝任的場合。碳化硅功率M0S器件具有很高的臨界電場，在阻斷電壓保 持不變的條件下，可以采用更薄的重摻雜漂移區(qū)，因此碳化硅金屬氧化物半導體管的開態(tài) 導通電阻比硅基金屬氧化物半導體管大大減小。碳化硅晶體生長技術和器件制造技術正在 進一步完善，今后幾年內各種碳化硅電力電子器件的成品率、可靠性和價格將獲較大改善。 基于碳化硅材料的橫向金屬氧化物半導體場效應管的擊穿電壓大、導通電阻小，因此非常 具有研究價值和應用前景。三、技術內容技術問題本發(fā)明提供一種擊穿電壓在2000V以上的帶有浮置N型埋層碳化硅高 壓N型金屬氧化物半導體管及方法。技術方案本發(fā)明所述的一種帶浮置埋層的碳化硅高壓N型金屬氧化物半導體管，包括PS 碳化硅襯底，在P型碳化硅襯底上設有P型外延層，在P型外延層內設有源和N型漂移區(qū)， 在N型漂移區(qū)內設有漏和P型保護環(huán)，在源上設有源的金屬引線，在漏上設有源漏的金屬引 線，在源與N型漂移區(qū)之間的P型外延層的上方設有柵氧化層且與源的金屬引線鄰接，在P 型保護環(huán)的表面、漏的漏的金屬引線以外的表面、N型漂移區(qū)的漏和P型保護環(huán)以外的表面 以及P型外延層的源的金屬引線和柵氧化層以外的表面設有場氧化層，在柵氧化層上設有 柵，在漏的金屬引線上設有金屬場極板，在P型碳化硅襯底與P型外延層之間設有N型浮置 埋層，且所述N型浮置埋層位于P型碳化硅襯底與P型外延層交界面上。本發(fā)明所述的一種制備上述帶浮置埋層的碳化硅高壓N型金屬氧化物半導體管 的方法，1.)首先選擇P型碳化硅襯底，然后采用注入磷離子的方法制備N型浮置埋層，N 型浮置埋層的雜質濃度為1 x 1017到1 X 1018cm_3，2.)摻入硼離子制備P型外延層，
3.)在室溫下進行多次的氮離子注入以形成N型漂移區(qū)，摻雜計量為1X1012到 18X1012cnT2 之間，4.)注入1.5X1013cm_2到3.6X1013cm_2的硼離子形成P型保護環(huán)，注入能量為 200Kev,5.)采用PECVD方法積淀Si02場氧化層，6.)在300°C下，采用磷離子注入形成源漏區(qū)，并在1500°C 1700°C的高溫下退 火，7.)在1300°C干燥的N20中熱氧化，然后在1300°C的N2中退火30min形成柵氧化 層，8.)利用鋁制備柵和源、漏極的金屬接觸，并同步制備漏端的金屬場極板。有益效果本發(fā)明碳化硅金屬氧化物半導體管結構與傳統(tǒng)碳化硅金屬氧化物半 導體管結構相比，擊穿電壓提高了近一倍，如圖3所示。(1)本發(fā)明引入了 N型浮置埋層，由 于埋層具有等電位作用，漏端高電場被重新分配。同時，埋層與外延層、襯底形成了兩個平 行平面PN結。其中與襯底所形成的平行平面PN結被耗盡后，可以和N型漂移區(qū)與外延層 的PN結共同承擔漏端的縱向電壓，從而提高器件的縱向擊穿電壓。(2)本發(fā)明在N型漂移 區(qū)中引入了 P型保護環(huán)，這使N型漂移區(qū)不但與P型外延之間形成耗盡區(qū)，而且與P型保護 環(huán)之間同樣形成耗盡區(qū)，因此大大增強了 N型漂移區(qū)的耗盡程度，降低了碳化硅和氧化層 界面的電場強度，從而提高了器件的橫向擊穿電壓。(3)與漏同電位的場極板可以增加N+ 漏與P型保護環(huán)之間的曲率半徑，從而降低了該PN結的表面電場，提高了器件的表面擊穿 電壓。(4)本發(fā)明的制備工藝兼容標準碳化硅CMOS工藝，因此本發(fā)明的碳化硅金屬氧化物 半導體管結構可以應用于碳化硅功率集成電路。
四

圖1是傳統(tǒng)碳化硅器件結構方案，圖2是本實施例的結構示意圖。圖3是擊穿電 壓模擬圖。
五具體實施例方式實施例1一種帶浮置埋層的碳化硅高壓N型金屬氧化物半導體管，包括P型碳化硅襯底1， 在P型碳化硅襯底1上設有P型外延層2，在P型外延層2內設有源4和N型漂移區(qū)3，在 N型漂移區(qū)3內設有漏5和N型保護環(huán)7，在源4上設有源的金屬引線12，在漏5上設有源 漏的金屬引線11，在源4與N型漂移區(qū)3之間的P型外延層2的上方設有柵氧化層6且與 源的金屬引線12鄰接，在P型保護環(huán)7的表面、漏5的漏的金屬引線11以外的表面、N型 漂移區(qū)3的漏5和P型保護環(huán)7以外的表面以及P型外延層2的源的金屬引線12和柵氧 化層6以外的表面設有場氧化層8，在柵氧化層6上設有柵10，在漏的金屬引線11上設有 金屬場極板9，在P型碳化硅襯底1與P型外延層2之間設有N型浮置埋層13，且所述N型 浮置埋層13位于P型碳化硅襯底1與P型外延層2交界面上。實施例2 (工藝流程)1.)首先選擇P型碳化硅襯底，然后采用注入磷離子的方法制備N型浮置埋層，N型浮置埋層的雜質濃度為IX 1017到lX1018cm_3，本實施例中的N型浮置埋層的雜質濃度具體為 1X1017、5X1017 或 1X1018chT3，2.)摻入硼離子制備P型外延層，3.)在室溫下進行多次的氮離子注入以形成N型漂移區(qū)，摻雜計量為1X1012到 18 X 1012cm-2之間，在本實施例中，在室溫下進行3次的氮離子注入以形成N型漂移區(qū)，摻雜 計量為 1X1012、7X1012 或 18X1012cnT2，4.)注入1.5X1013cm_2到3.6X1013cm_2的硼離子形成P型保護環(huán)，注入能量為 200Kev，在本實施例中，具體可選擇注入1. 5X1013cm_2、2X1013cm_2或3. 6X1013cm_2的的硼 離子形成P型保護環(huán)，5.)采用PECVD方法積淀Si02場氧化層，6.)在300°C下，采用磷離子注入形成源漏區(qū)，并在1500°C 1700°C的高溫下退 火，7.)在1300°C干燥的N20中熱氧化，然后在1300°C的N2中退火30min形成柵氧化 層，8.)利用鋁制備柵和源、漏極的金屬接觸，并同步制備漏端的金屬場極板。
權利要求
一種帶浮置埋層的碳化硅高壓N型金屬氧化物半導體管，包括P型碳化硅襯底(1)，在P型碳化硅襯底(1)上設有P型外延層(2)，在P型外延層(2)內設有源(4)和N型漂移區(qū)(3)，在N型漂移區(qū)(3)內設有漏(5)和P型保護環(huán)(7)，在源(4)上設有源的金屬引線(12)，在漏(5)上設有源漏的金屬引線(11)，在源(4)與N型漂移區(qū)(3)之間的P型外延層(2)的上方設有柵氧化層(6)且與源的金屬引線(12)鄰接，在P型保護環(huán)(7)的表面、漏(5)的漏的金屬引線(11)以外的表面、N型漂移區(qū)(3)的漏(5)和P型保護環(huán)(7)以外的表面以及P型外延層(2)的源的金屬引線(12)和柵氧化層(6)以外的表面設有場氧化層(8)，在柵氧化層(6)上設有柵(10)，在漏的金屬引線(11)上設有金屬場極板(9)，其特征在于，在P型碳化硅襯底(1)與P型外延層(2)之間設有N型浮置埋層(13)，且所述N型浮置埋層(13)位于P型碳化硅襯底(1)與P型外延層(2)交界面上。
2.一種制備權利要求1所述帶浮置埋層的碳化硅高壓N型金屬氧化物半導體管的方 法，其特征在于，.1.)首先選擇P型碳化硅襯底，然后采用注入磷離子的方法制備N型浮置埋層，N型浮 置埋層的雜質濃度為1 X 1017到1 X 1018Cm_3，.2.)摻入硼離子制備P型外延層，.3.)在室溫下進行多次的氮離子注入以形成N型漂移區(qū)，摻雜計量為1X1012到 18X1012cnT2 之間，.4.)注入1.5X 1013Cm_2到3. 6X 1013cm_2的硼離子形成P型保護環(huán)，注入能量為200Kev,.5.)采用PECVD方法積淀Si02場氧化層，.6.)在300°C下，采用磷離子注入形成源漏區(qū)，并在1500°C 1700°C的高溫下退火，.7.)在1300°C干燥的N20中熱氧化，然后在1300°C的N2中退火30min形成柵氧化層，.8.)利用鋁制備柵和源、漏極的金屬接觸，并同步制備漏端的金屬場極板。
全文摘要
一種帶浮置埋層的碳化硅高壓N型金屬氧化物半導體管，包括P型碳化硅襯底，在P型碳化硅襯底上設P型外延層，在P型外延層內設源和N型漂移區(qū)，在N型漂移區(qū)內設有漏和P型保護環(huán)，在源上設源的金屬引線，在漏上設源漏的金屬引線，在源與N型漂移區(qū)之間的P型外延層的上方設柵氧化層且與源的金屬引線鄰接，在P型保護環(huán)的表面、漏的表面以及P型外延層的表面設有場氧化層，在柵氧化層上設有柵，在漏的金屬引線上設金屬場極板，在P型碳化硅襯底與P型外延層之間設N型浮置埋層，且所述N型浮置埋層位于P型碳化硅襯底與P型外延層交界面上。其制備方法是選擇P型碳化硅襯底后，采用注入磷離子的方法制備N型浮置埋層，再進行其它常規(guī)操作。
文檔編號H01L29/78GK101872786SQ20101019850
公開日2010年10月27日 申請日期2010年6月11日 優(yōu)先權日2010年6月11日
發(fā)明者華國環(huán), 孫偉鋒, 時龍興, 潘曉芳, 錢欽松, 陸生禮 申請人:東南大學