[发明专利]一种采用N型碳化硅衬底制作N沟道IGBT器件的方法

说明书

本发明涉及一种采用N型碳化硅衬底制作N沟道IGBT器件的方法，该方法首先在N型碳化硅衬底上外延生长碳化硅P+外延层、碳化硅N+缓冲层以及碳化硅N型漂移层，接着运用研磨方法或化学机械抛光等方法将N型碳化硅衬底去除，保留的部分用来制作IGBT的器件结构，之后在碳化硅N型漂移层中采用离子注入的方法形成P+基极阱区，在P+基极阱区中采用离子注入的方法形成N+发射极阱区，在器件上表面热氧化形成场氧层，淀积多晶硅或者金属形成栅极，并用氧化层隔离保护，最后淀积金属形成发射极接触和集电极，该方法避免了采用P型碳化硅衬底制作N沟道IGBT器件，减小了集电极电阻，提高了N沟道碳化硅IGBT器件的性能，且工艺简单，易于实现。

技术领域

本发明属于半导体微电子器件制备技术领域，具体涉及一种N沟道碳化硅IGBT器件的制作方法。

背景技术

碳化硅由于其临界场强高、禁带宽度大等特点，成为在大功率、高温、高压等应用领域非常受欢迎的半导体材料。碳化硅器件与同类硅器件相比，其比导通电阻小两个数量级，工作频率10倍于硅，辐射耐受量10倍于硅，单个器件可承受的电压可达硅器件的10倍，芯片功率密度可达硅器件的10倍到30倍，碳化硅模块的体积重量与硅模块相比可减少80%，系统损耗可降低30%到70%。基于碳化硅的功率器件被期待具有更高的性能，且更适合于大功率应用。

具有高开关频率兆瓦级器件的发展对于大功率系统具有非常多的好处。从1990年初开始，碳化硅大功率金属氧化物场效应晶体管（MOSFET）成为研究焦点，到2004年，碳化硅功率MOSFET的阻断电压已经可以达到10kV，比导通电阻达123mΩ·cm²。目前已经报道的碳化硅大功率器件包括10kV的DMOSFET，7.5kV的UMOSFET等。基于碳化硅的MOSFET由于其合理的导通电阻及快速的开关特性，成为硅或碳化硅双极型器件非常强势的竞争者。然而，由于MOSFET的漂移区电阻随阻断电压呈平方关系增加，随着阻断电压增加到大于15kV，MOSFET的导通电阻会因其单极特性而显著提高，在高温时由于迁移率降低而更加恶化，从而限制了MOSFET的应用范围。

随着阻断电压的增大，特别是在低频开关应用中，碳化硅绝缘栅双极型晶体管（IGBT）成为取代碳化硅MOSFET的诱人选择。由于碳化硅IGBT器件比MOSFET多了一个P型层（对于P沟道器件而言，是多了一个N型层），其在导通状态时，N型漂移区会发生强烈的电导调制效应，使IGBT的导通电阻仅约为MOSFET的三分之一，导通损耗较MOSFET小。碳化硅IGBT器件因其优越的导通性能，合理的开关速度，以及很好的安全工作区域（SOA），正逐渐成为更合适的功率开关。

从原理上来讲，N沟道IGBT的性能要优于P沟道的IGBT。一般而言，P型衬底的电阻率比N型衬底高50倍，而制作N沟道的IGBT需要高质量，低电阻率的P型碳化硅衬底，在如今的技术条件下，所生产的P型碳化硅衬底质量还达不到这种要求，在P型碳化硅衬底上制作N沟道的IGBT器件会引入非常大的串联电阻（0.8-1.0Ω·cm²），从而增大了器件的损耗。

基于上述问题，有必要寻求更好的方法制作N沟道碳化硅IGBT。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种N沟道碳化硅IGBT器件的制作方法，N沟道IGBT器件性能优于P沟道IGBT器件，且避免了使用低质量P型碳化硅衬底制作N沟道碳化硅IBGT器件所引入的大串联电阻问题，该方法工艺简单，易于实现。

本发明的目的是采用下述技术方案实现的：

本发明提供一种采用N型碳化硅衬底制作N沟道IGBT器件的方法，其改进之处在于，所述方法包括下述步骤：

步骤一，在N型碳化硅衬底10表面外延生长碳化硅P+外延层1、碳化硅N+缓冲层2以及碳化硅N型漂移层3；

步骤二，将N型碳化硅衬底10去除，保留的部分用来制作IGBT器件，保留的部分称之为样品；