[发明专利]一种通过激光刻蚀碳化硅制备碳化硅超结结构的方法

说明书

本发明提供了一种制备碳化硅超结结构的方法，首先采用激光刻蚀对碳化硅外延片进行图形化刻蚀，以在所述碳化硅外延片表面形成沟槽，然后在沟槽中外延生长碳化硅，以形成碳化硅超结结构。本发明通过激光刻蚀来制备碳化硅超结结构，在SiC上刻蚀形成沟槽的效率明显增加，深宽比明显提升，同时具有均匀性好、沟槽侧壁光滑、工艺简单、可操作性强等优点。

技术领域

本发明属于半导体领域，尤其涉及一种通过激光刻蚀碳化硅制备碳化硅超结结构的方法。

背景技术

碳化硅(SiC)材料作为第三代半导体材料具有高临界击穿电场、高的热导率、高的饱和电子漂移速度、优越的机性能和物理、化学稳定性等特点，在高温、高压、高频、大功率、抗辐射等领域。由于SiC的临界临界击穿电场强度约为硅的十倍，而饱和电子漂移速度与硅相当，因此SiC功率器件的耐压可以比硅做的更高，同等击穿电压下的比通态电阻也约为硅的百分之一。

由于硅材料特性的限制，一般硅基功率MOSFET的工作电压范围在1200V以内，而硅基IGBT器件最大的反向击穿电压仅为6500V。而报道的SiC基MOSFET最高击穿电压已经达到了10kV，SiC IGBT报道过的最高耐压也达到了20kV。并且它们做成的功率模块也有着比硅基器件更高的工作频率、更低的功耗。

但是，功率器件的外延层厚度随着设计耐压的升高而升高，对于SiC器件当反向击穿电压达到10kV时，其外延层厚度要达到100μm以上。而传统的CVD方法生长速率只有4-6μm/小时。显然，这种生长条件增加了SiC功率器件的制造成本，不能满足当前市场的要求，也减缓了SiC功率器件的研究进程。

虽然，SiC快速同质外延生长技术也获得了较高的生长速度，如：采用垂直热壁CVD系统，温度在1700℃-1800℃时，生长速率达到了50-80um/h；通过在传统气体源中添加HCl或者使用Cl元素的反应源(S_iHCl₃和CH₃SiCl₃等)来抑制硅的气相成核，在1600℃下也获得了100μm的生长速度。但是快速外延生长的外延片缺陷密度水平依然很高，影响了所制备器件的可靠性。

超结结构是硅基功率器件发展过程中提出的一项解决比通态电阻与反向耐压关系的方案，通过对外延层刻蚀并再生长后，制备出的P型区与N型区间隔的结构(如图1所示)，使得器件在反向工作时，电场在漂移区中均匀分布，这样就使得固定的耐压下，外延层所需厚度降低一倍。也就是说在不影响反向耐压的情况下，降低了一半的外延层厚度。

为了解决SiC高压器件如：PiN、MOSFET等随着击穿电压的升高所需外延层厚度升高的问题，硅基器件中的超结结构被考虑。但是，超结结构需要精准的调节P型区域N型区的宽度和浓度，以达到匹配的目的，因此需刻蚀出高深宽比、高均匀性以及无缺陷大的沟槽形貌。而传统的等离子刻蚀方法刻蚀SiC的效率低，工艺复杂、沟槽均匀性差、沟槽形貌调节难度高等问题。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明的目的在于，提供一种通过激光刻蚀碳化硅制备碳化硅超结结构的方法，其具有效率高、工艺简单、沟槽均匀性好的优点。

(二)技术方案

本发明提供一种制备碳化硅超结结构的方法，包括：

S1，采用激光刻蚀对碳化硅外延片进行图形化刻蚀，以在碳化硅外延片表面形成沟槽；

S2，在沟槽中外延生长碳化硅，以形成碳化硅超结结构，其中外延生长的碳化硅的掺杂类型与所述碳化硅外延片的掺杂类型不同。

(三)有益效果

本发明通过激光刻蚀来制备碳化硅超结结构，在SiC上刻蚀形成沟槽的效率明显增加，深宽比明显提升，同时具有均匀性好、沟槽侧壁光滑、工艺简单、可操作性强等优点。