碳化硅功率器件及其制备方法与流程

本发明涉及半导体，具体涉及一种碳化硅功率器件及其制备方法。

背景技术：

1、碳化硅(silicon carbide，sic)具有宽带隙、高击穿电场等较为优异的电学性能，sic基功率器件在电力电子系统中的潜在应用受到越来越多的研究关注。碳化硅mosfet属于电压控制型功率器件，具有功率密度较大、开关速度较快、栅极驱动电路简单等优点，其应用前景十分远大。对比si基的igbt器件，sic mosfet具有更低的开关损耗和导通损耗等优势。然而，由于sic/sio2界面附近的界面陷阱、近界面氧化物陷阱以及氧化物层中可移动电荷的存在，sic基mosfet器件的稳定性问题较为严重，会出现器件的迁移率受到影响、器件的阈值电压产生漂移等问题。

技术实现思路

1、本发明的主要目的在于提供一种碳化硅功率器件及其制备方法，可以提高栅极的耐压性能，减小栅极漏电流，提高器件的可靠性，从而克服现有技术中的不足。

2、为实现前述发明目的，本发明采用的技术方案包括：

3、本发明一方面提供了一种碳化硅功率器件，包括sic衬底及沿选定方向依次层叠于所述sic衬底上的sic外延层、复合栅介质层，

4、以及，第一电极、第二电极，所述第一电极与所述复合栅介质层电连接，所述第二电极与所述sic衬底电连接。

5、进一步的，所述复合栅介质层包括沿所述选定方向依次层叠设置的高k介质层和sinx层。

6、进一步的，所述高k介质层的材质包括al2o3、hfo2、la2o3、ta2o5、tio2、y2o3、zro2、zno、batio3、ceo2、mgo中的一种或两种以上的组合。

7、进一步的，所述高k介质层的厚度为2～50nm。

8、进一步的，所述高k介质层是采用原子层沉积方式形成的。

9、进一步的，所述sinx层的厚度为20～100nm。

10、进一步的，所述sinx层是采用低压化学气相沉积的方式形成的。

11、进一步的，所述第一电极包括金属ti和金属au。

12、进一步的，所述第二电极包括欧姆接触层和覆设在欧姆接触层上的电极保护层。

13、进一步的，所述欧姆接触层的材质包括ni。

14、进一步的，所述电极保护层包括依次层叠设置的金属ti层和金属au层。

15、本发明另一方面还提供了一种碳化硅功率器件的制备方法，包括如下步骤：

16、s11.在sic衬底上生长sic外延层；

17、s12.在所述sic外延层上沉积高k介质层；

18、s13.在所述高k介质层上sinx层，所述sinx层和所述高k介质层形成复合栅介质层；

19、s14.在所述复合栅介质层上制作第一电极；在所述sic衬底上制作第二电极。

20、进一步的，s12具体包括：利用原子层淀积的方法在所述sic外延层上沉积所述高k介质层。

21、进一步的，所述高k介质层的材质包括al2o3、hfo2、la2o3、ta2o5、tio2、y2o3、zro2、zno、batio3、ceo2、mgo中的一种或两种以上的组合。

22、进一步的，所述高k介质层的厚度为2～50nm。

23、进一步的，s13具体包括：利用低压化学气相沉积的方法在所述高k介质层上沉积所述sinx层。

24、进一步的，所述sinx层的厚度为20～100nm。

25、进一步的，s14具体包括：

26、在所述复合栅介质层上淀积金属ti和金属au作为所述第一电极；

27、在所述sic衬底的背面淀积金属ni作为欧姆接触层，然后在n2环境中退火处理形成欧姆接触，在所述欧姆接触层上依次淀积金属ti和金属au作为电极保护层，所述欧姆接触层和电极保护层形成所述第二电极。

28、与现有技术相比，本发明提供的一种碳化硅功率器件及其制备方法，通过设置复合栅介质层，提高了栅极的耐压性能，减小了栅极漏电流，提高了器件可靠性；采用ald和lpcvd设备结合沉积形成的栅介质层，可解决纯ald沉积栅介质层时的沉积速度慢、量产困难的问题，从而提高了产量。

技术特征：

1.一种碳化硅功率器件，其特征在于，包括：sic衬底及沿选定方向依次层叠于所述sic衬底上的sic外延层、复合栅介质层，

2.根据权利要求1所述碳化硅功率器件，其特征在于：所述复合栅介质层包括沿所述选定方向依次层叠设置的高k介质层和sinx层。

3.根据权利要求2所述碳化硅功率器件，其特征在于：所述高k介质层的材质包括al2o3、hfo2、la2o3、ta2o5、tio2、y2o3、zro2、zno、batio3、ceo2、mgo中的一种或两种以上的组合；

4.根据权利要求2所述碳化硅功率器件，其特征在于：所述sinx层的厚度为20～100nm；

5.根据权利要求1所述碳化硅功率器件，其特征在于：所述第一电极包括金属ti和金属au。

6.根据权利要求1所述碳化硅功率器件，其特征在于：所述第二电极包括欧姆接触层和覆设在欧姆接触层上的电极保护层；

7.一种碳化硅功率器件的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，s12具体包括：利用原子层淀积的方法在所述sic外延层上沉积所述高k介质层；

9.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，s13具体包括：利用低压化学气相沉积的方法在所述高k介质层上沉积所述sinx层；

10.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，s14具体包括：

技术总结
本发明公开了一种碳化硅功率器件及其制备方法。碳化硅功率器件包括：SiC衬底及沿选定方向依次层叠于所述SiC衬底上的SiC外延层、复合栅介质层，以及，第一电极、第二电极，所述第一电极与所述复合栅介质层电连接，所述第二电极与所述SiC衬底电连接。本发明提供的一种碳化硅功率器件及其制备方法，通过设置复合栅介质层，提高了栅极的耐压性能，减小了栅极漏电流，提高了器件可靠性；采用ALD和LPCVD设备结合沉积形成的栅介质层，可解决纯ALD沉积栅介质层时的沉积速度慢、量产困难的问题，从而提高了产量。

技术研发人员：袁旭,宗肖航,李铭聪,赵德胜,张宝顺
受保护的技术使用者：广东中科半导体微纳制造技术研究院
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15