CN106711207B - 一种纵向沟道的SiC结型栅双极型晶体管及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种纵向沟道结型栅的碳化硅双极型晶体管及制备方法，主要解决现有技术中碳化硅IGBT器件氧化层带来的界面态问题，而且避免了可能出现的闩锁效应，同时降低了工艺步骤节省了工艺成本。其特点是在P‑漂移区采用纵向沟道JFET器件的沟道结构来代替传统IGBT器件的上部结构，器件沟道区宽度为1～4μm。本发明提供的器件具有制作工艺简单，成本低和器件电流增益高等优点，可用于开关稳压电源、电能转换、汽车电子以及石油钻井设备等应用。
Description
技术领域
本发明属于微电子技术领域，涉及半导体器件，特别是一种基于纵向沟道结型栅的碳化硅双极型晶体管及制备方法。
背景技术
随着电力电子技术的快速发展，大功率半导体器件的需求越来越显著。由于材料的限制，传统的硅器件特性已经到达它的理论极限，碳化硅是最近十几年来迅速发展起来的宽禁带半导体材料,它具有宽禁带、高热导率、高载流子饱和迁移率、高功率密度等优点，能够适用于大功率、高温及抗辐照等应用领域。其中，IGBT(碳化硅绝缘栅双极晶体管)是一种具有MOS电压控制和双极导通调制相结合的器件。它具有MOSFET的输入阻抗高、控制功率小、驱动电路简单、开关速度高的优点，又具有双极功率晶体管的电流密度大、饱和电压低、电流处理能力强的优点。它是可用于需要高压、大电流和高速应用领域的非常理想的功率器件，用途非常广泛。
然而，人们逐渐发现，由于栅氧化层的存在MOS器件并不适用于高温、高电场强度领域。为了充分利用SiC材料的优良特性，无需栅氧化层的SiC功率开关器件是非常必要的。设计新型结构避免栅氧化层对器件性能的影响是非常重要的。同时，在保留其电流关断能力大，栅极驱动简单的特性的同时，简化器件结构，降低工艺难度，也是非常有吸引力的。
图1为传统的IGBT结构，其中区域1’为发射极接触金属层，区域2’为N+碳化硅衬底2,区域3’为P+缓冲层3，区4’为P-漂移区4，区域5’为P阱，区域6’为N型掺杂区，区域7’为栅极，区域8’为氧化层，区域9’为发射极，器件工作时，栅极施加电压，P阱区靠近表面的部分反型形成导电沟道。栅氧化层的存在引入界面态的影响，降低了器件的迁移率。器件中寄生了pnpn结构，在大电流状态下容易发生闩锁效应，器件不再受栅极控制。相对而言，传统IGBT器件结构较为复杂，生产成本及成品率较低。
发明内容
为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明采用pn结做栅极的竖直沟道碳化硅结型栅双极型场效应晶体管及制备方法，以避免栅氧化层对器件性能的影响，提高器件的高温高压性能，避免了闩锁效应的发生，同时也降低了器件的工艺难度，提高了器件的成品率。
具体的，本发明提供的纵向沟道的SiC结型栅双极型晶体管，包括N+碳化硅衬底，形成于所述N+碳化硅衬底表面的发射极接触金属层，形成于所述N+碳化硅衬底上的P+缓冲层，形成于所述P+缓冲层上P-漂移区，形成于所述P-漂移区上的P+集电区，形成于所述P+集电区上的集电极接触金属层；还包括形成于所述P-漂移区上的至少两个竖直沟槽，所述沟槽底部和所述沟槽侧壁设置有N型栅区，所述沟槽底部的N型栅区上注入有栅极N+注入区，所述栅极N+注入区上形成有栅极接触金属层；所述N型栅区与所述P+集电区相接触。
优选地，相邻两个N型栅区之间为导电沟道区，所述导电沟道区宽度为1～4μm。
优选地，所述沟槽深度为1.8～2.2μm。
优选地，所述栅极N+注入区的深度为0.15μm。
优选地，所述栅极接触金属层为厚度为100nm/100nm/300nm的Ni/Ti/Al合金或厚度为100nm/300nm/100nm的Ti/Al/Ti合金。
优选地，所述N型栅区的深度为0.5μm。
优选地，所述P+集电区的厚度为0.2～0.4μm。
优选地，所述发射极接触金属层为Ni金属，厚度为500nm；所述N+碳化硅衬底厚度是1～2μm；P+缓冲层厚度是1～3μm；P-漂移区厚度是15～18μm；集电极接触金属层为Ni金属，厚度为500nm。
本发明还提供该纵向沟道的SiC结型栅双极型晶体管器件的制备方法，包括如下步骤：
S1：在N+碳化硅衬底上外延生长P+缓冲层；
S2：在P+缓冲层上外延生长厚度P-漂移区；
S3：在P-漂移区上外延生长P+集电区；
S4：对P+集电区的两侧进行刻蚀，形成沟槽；
S5：在两侧沟槽的底部和侧壁进行离子注入，形成N型栅区；
S6：在两侧沟槽的底部进行离子注入，形成栅极N+注入区；
S7：在栅极N+注入区上沉积栅极接触金属层；
S8：在N+碳化硅衬底背面沉积发射极接触金属层；
S9：在P+集电区上沉积集电极接触金属层。
优选地，本发明提供的器件制备方法，具体步骤为：
S1：在N+碳化硅衬底上制备厚度为1～3μm、铝离子掺杂浓度为5×1017～1×1018cm-3的P+缓冲层，所采用的制备方法为化学气相沉积法，外延生长温度为1600℃，压力100mbar，反应气体是硅烷和丙烷，载运气体为纯氢气，杂质源为三甲基铝；
S2：在P+缓冲层上制备厚度为15～18μm、铝离子掺杂浓度为1×1015～6×1015cm-3的P-漂移区，所采用的制备方法为化学气相沉积法，外延生长温度为1600℃，压力100mbar，反应气体是硅烷和丙烷，载运气体为纯氢气，杂质源为三甲基铝；
S3：在P-漂移区上制备厚度为0.2～0.4μm、铝离子掺杂浓度为1×1019-6×1019cm-3的P+集电区，所采用的制备方法为化学气相沉积法，外延生长温度为1600℃，压力100mbar，反应气体是硅烷和丙烷，载运气体为纯氢气，杂质源为三甲基铝；
S4：采用ICP刻蚀工艺，对P+集电区的两侧进行刻蚀，形成沟槽，刻蚀深度为1.8～2.2μm；
S5：在两侧沟槽处进行离子注入，分别在两侧沟槽的底部和侧壁形成N型栅区，注入杂质为氮离子，注入深度为0.5μm，掺杂浓度为1×1018cm-3，注入温度600℃；
S6：在两侧沟槽的沟槽底部进行离子注入，形成栅极欧姆接触的栅极N+注入区，注入杂质为氮离子，注入深度为0.15μm，掺杂浓度为1×1020cm-3，注入温度600℃；
S7：在栅极N+注入区上沉积100nm/100nm/300nm的Ni/Ti/Al合金或厚度为100nm/300nm/100nm的Ti/Al/Ti合金，作为栅极接触金属层，在1000℃下，氮气气氛中退火3分钟形成栅极接触金属层；
S8：在N+碳化硅衬底背面沉积500nm的Ni金属，作为发射极接触金属层；
S9：在P+集电区上沉积500nm的Ni金属，作为集电极的接触金属层，在1050℃温度下，氮气气氛中退火3分钟形成集电极接触金属层。
本发明提供的碳化硅双极型晶体管与现有技术相比，有益效果如下：
(1)本发明所用碳化硅衬底为N型，降低了器件工艺难度，同时有利于制备特性更为优良的器件；
(2)本发明使用PN结栅控制器件工作状态，避免了传统IGBT器件栅氧化层问题对器件特性的影响。
附图说明
图1为传统碳化硅绝缘栅双极晶体管结构示意图；
图2为本发明实施例提供的碳化硅纵向沟道结型栅双极晶体管结构示意图；
图3为本发明实施例提供的碳化硅纵向沟道结型栅双极晶体管的制备工艺过程图。
具体实施方式
为了使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案能予以实施，下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，但所举实施例不作为对本发明的限定。
本发明提供的纵向沟道的SiC结型栅双极型晶体管结构，如图2所示，具体包括N+碳化硅衬底2，形成于N+碳化硅衬底2表面的发射极接触金属层1，形成于N+碳化硅衬底2上的P+缓冲层3，形成于P+缓冲层3上P-漂移区4，形成于P-漂移区4上的P+集电区8，形成于P+集电区8上的集电极接触金属层9；还包括形成于P-漂移区4上的至少两个竖直竖直沟槽，沟槽底部和沟槽侧壁设置有N型栅区7，沟槽底部的N型栅区7上注入有栅极N+注入区5，所述栅极N+注入区5上形成有栅极接触金属层6；N型栅区7与P+集电区8相接触。
其中：发射极接触金属层1是厚度为500nm的Ni金属，发射极接触金属层1上的N+碳化硅衬底2为高掺杂的N型碳化硅衬底片，N+碳化硅衬底2上是厚度为1～3μm、铝离子掺杂浓度是5×1017～1×1018cm-3的P+缓冲层3，P+缓冲层3上是厚度为15～18μm，铝离子掺杂浓度是1×1015～6×1015cm-3的P-漂移区4，P-漂移区4两侧是深度为0.5μm、氮离子掺杂浓度是1×1018～5×1018cm-3的N型栅区7，N型栅区7上面是深度为0.15μm，氮离子掺杂浓度是1×1020cm-3的栅极N+注入区5，栅极N+注入区5上是厚度为100nm/100nm/300nm的Ni/Ti/Al合金或厚度为100nm/300nm/100nm的Ti/Al/Ti合金的栅极接触金属层6，P-漂移区上面是厚度为0.2～0.4μm，掺杂浓度为1×1020～5×1020cm-3的P+集电区8，P+集电区8上面是厚度为500nm的Ni金属形成的集电极接触金属层9。
该器件结构简化了器件结构，降低了工艺难度，相比现有的器件结构，去掉了IGBT器件中的栅氧化层，避免了电流的横向流动，减小了界面态对器件特性的影响；去掉了P阱，消除了pnpn结构，避免了闩锁效应。具体的，两个N型栅区7之间的区域为导电沟道，工作时通过栅极施加电压，调节pn结耗尽区的宽度，进而控制导电通道的开启和关断。代替了传统结构中栅氧化层与氧化层下的P阱相互作用形成横向导电通道的结构特点及工作方式。
以下就本发明的技术方案进行具体的举例说明。
实施例1
一种纵向沟道的SiC结型栅双极型晶体管器件，具体如图2所示，包括N+碳化硅衬底2，形成于N+碳化硅衬底2表面的发射极接触金属层1，形成于N+碳化硅衬底2上的P+缓冲层3，形成于P+缓冲层3上P-漂移区4，形成于P-漂移区4上的P+集电区8，形成于P+集电区8上的集电极接触金属层9；还包括形成于P-漂移区4上的至少两个竖直沟槽，沟槽底部和沟槽侧壁设置有N型栅区7，沟槽底部的N型栅区7上注入有栅极N+注入区5，栅极N+注入区5上形成有栅极接触金属层6；N型栅区7与P+集电区8相接触。
其中，发射极接触金属层1是厚度为500nm的Ni金属，发射极接触金属层1上的N+碳化硅衬底2为高掺杂的N型碳化硅衬底片，N+碳化硅衬底2上是厚度为1μm，铝离子掺杂浓度是1×1018cm-3的P+缓冲层3，P+缓冲层3上是厚度为15μm，铝离子掺杂浓度是1×1015cm-3的P-漂移区4，P-漂移区4两侧是深度为0.5μm，氮离子掺杂浓度是1×1018cm-3的N型栅区7，N型栅区7上面是深度为0.15μm，氮离子掺杂浓度是1×1020cm-3的栅极N+注入区5，栅极N+注入区5上是100nm/100nm/300nm的Ni/Ti/Al合金的栅极接触金属层6，P-漂移区上面是厚度为0.2μm，掺杂浓度为1×1020cm-3的P+集电区8，P+集电区8上面是厚度为500nm的Ni金属形成的集电极接触金属层9。
该器件的具体制备方法为，其工艺流程如图3所示：
S1：在N+碳化硅衬底片2上外延生长缓冲层3，具体如图3中的(a)所示；
先对N+型碳化硅衬底片2进行RCA标准清洗；再在其正面上用低压热壁化学气相沉积法外延生长厚度为1μm，铝离子掺杂浓度为1×1018cm-3的P+缓冲层3，其外延工艺条件是：温度为1600℃，压力100mbar，反应气体是硅烷和丙烷，载运气体为纯氢气，杂质源为三甲基铝。
S2：在P+缓冲层3上制备P-漂移区4，具体如图3中的(b)所示；
在P+缓冲层3上用低压热壁化学气相沉积法外延生长厚度为15μm，铝离子掺杂浓度为1×1015cm-3的P-漂移区4，其外延工艺条件是：温度为1600℃，压力为100mbar，反应气体采用硅烷和丙烷，载运气体采用纯氢气，杂质源为三甲基铝。
S3：在P-漂移区4上外延生长P+集电区8，具体如图3中的(c)所示；
在P-漂移区4上用低压热壁化学气相沉积法外延生长厚度为0.2μm，铝离子掺杂浓度为1×1020cm-3的P+集电区8，其外延工艺条件是：温度为1600℃，压力为100mbar，反应气体采用硅烷和丙烷，载运气体采用纯氢气，杂质源为三甲基铝。
S4：刻蚀器件沟槽，具体如图3中的(d)所示；
采用ICP刻蚀工艺，对器件的P-漂移区4和P+集电区8进行刻蚀，刻蚀深度为1.8μm。
S5：在P-漂移区4上进行多次选择性N离子注入，形成N型栅区7，具体如图3中的(e)所示；
用低压化学汽相沉积方式在整个碳化硅表面沉积一层厚度为0.7μm的SiO2，作为N型栅区7氮离子注入的阻挡层，并通过光刻和刻蚀形成N型栅区7；
在650℃的温度下进行4次氮离子注入，注入的剂量分别为5.8×1012cm-2、7.2×1013cm-2、3.8×1013cm-2和4×1012cm-2，对应的能量分别为360keV、280keV、160keV和110keV；
采用RCA清洗标准对碳化硅表面依次进行清洗、烘干和C膜保护。
S6：在N型栅区7上进行多次选择性N离子注入，形成栅极N+注入区5，具体如图3中的(f)所示；
用低压化学汽相沉积方式在整个碳化硅表面沉积一层厚度为0.7μm的SiO2，作为栅极N+注入区5铝离子注入的阻挡层，并通过光刻和刻蚀形成栅极N+注入区5；
在650℃的温度下进行2次氮离子注入，注入的剂量分别为1.2×1014cm-2和4.1×1013cm-2，对应的能量分别为110keV和40keV；
采用RCA清洗标准对碳化硅表面依次进行清洗、烘干和C膜保护，并在1700～1750℃氩气氛围中作15min的离子激活退火。
S7：在栅极N+注入区5上沉积栅极接触金属层6，具体如图3中的(g)所示；
在整个碳化硅片正面涂光刻胶，然后通过显影形成P+欧姆接触区域；
对整个碳化硅片沉积100nm/100nm/300nm的Ni/Ti/Al合金，之后通过超声波剥离使正面形成栅极接触金属层6；
在1000℃温度下，氮气气氛中对整个碳化硅片退火3分钟形成栅极接触金属层6。
S8：在P+集电区8上沉积形成集电极接触金属层9，具体如图3中的(h)所示；
在整个碳化硅片正面涂光刻胶，然后通过显影形成集电极接触金属层9；
对整个碳化硅片沉积500nm的Ni合金，之后通过超声波剥离使正面形成欧姆接触。
S9：在N+碳化硅衬底2背面沉积形成发射极接触金属层1，具体如图3中的(i)所示；
对整个碳化硅片背面沉积500nm的Ni金属，在1050℃温度下，氮气气氛中对整个碳化硅片退火3分钟形成欧姆接触，完成该器件的制作。
实施例2
一种纵向沟道的SiC结型栅双极型晶体管器件，具体如图2所示，包括N+碳化硅衬底2，形成于N+碳化硅衬底2表面的发射极接触金属层1，形成于N+碳化硅衬底2上的P+缓冲层3，形成于P+缓冲层3上P-漂移区4，形成于P-漂移区4上的P+集电区8，形成于P+集电区8上的集电极接触金属层9；还包括形成于P-漂移区4上的至少两个竖直沟槽，沟槽底部和沟槽侧壁设置有N型栅区7，沟槽底部的N型栅区7上注入有栅极N+注入区5，栅极N+注入区5上形成有栅极接触金属层6；N型栅区7与P+集电区8相接触。
其中，发射极接触金属层1是厚度为500nm的Ni金属，发射极接触金属层1上的N+碳化硅衬底2为高掺杂的N型碳化硅衬底片，N+碳化硅衬底2上是厚度为1.5μm，铝离子掺杂浓度是2×1018cm-3的P+缓冲层3，P+缓冲层3上是厚度为16μm，铝离子掺杂浓度是2×1015cm-3的P-漂移区4，P-漂移区4两侧是深度为0.5μm，氮离子掺杂浓度是2×1018cm-3的N型栅区7，N型栅区7上面是深度为0.15μm，氮离子掺杂浓度是2×1020cm-3的栅极N+注入区5，栅极N+注入区5上是100nm/100nm/300nm的Ni/Ti/Al合金的栅极接触金属层6，P-漂移区上面是厚度为0.3μm，掺杂浓度3×1020cm-3的P+集电区8，P+集电区8上面是厚度为500nm的Ni金属形成的集电极接触金属层9。
该器件的具体制备方法为，其工艺流程如图3所示：
S1：在N+碳化硅衬底片2上外延生长缓冲层3，具体如图3中的(a)所示；
先对N+型碳化硅衬底片2进行RCA标准清洗；再在其正面上用低压热壁化学气相沉积法外延生长厚度为1.5μm、铝离子掺杂浓度为2×1018cm-3的P+缓冲层3，其外延工艺条件是：温度为1600℃，压力100mbar，反应气体是硅烷和丙烷，载运气体为纯氢气，杂质源为三甲基铝。
S2：在P+缓冲层3上制备P-漂移区4，具体如图3中的(b)所示；
在P+缓冲层3上用低压热壁化学气相沉积法外延生长厚度为16μm、铝离子掺杂浓度为2×1015cm-3的P-漂移区4，其外延工艺条件是：温度为1600℃，压力为100mbar，反应气体采用硅烷和丙烷，载运气体采用纯氢气，杂质源为三甲基铝。
S3：在P-漂移区4上外延生长P+集电区8，具体如图3中的(c)所示；
在P-漂移区4上用低压热壁化学气相沉积法外延生长厚度为0.3μm、铝离子掺杂浓度为3×1020cm-3的P+集电区8，其外延工艺条件是：温度为1600℃，压力为100mbar，反应气体采用硅烷和丙烷，载运气体采用纯氢气，杂质源为三甲基铝。
S4：刻蚀器件沟槽，具体如图3中的(d)所示；
采用ICP刻蚀工艺，对器件的P-漂移区4和P+集电区8进行刻蚀，刻蚀深度为2μm。
S5：在P-漂移区4上进行多次选择性N离子注入，形成N型栅区7，具体如图3中的(e)所示；
用低压化学汽相沉积方式在整个碳化硅表面沉积一层厚度为0.7μm的SiO2，作为N型栅区7氮离子注入的阻挡层，并通过光刻和刻蚀形成N型栅区7；
在650℃的温度下进行4次氮离子注入，注入的剂量分别为1.8×1013cm-2、2.2×1014cm-2、1.2×1014cm-2和1.2×1013cm-2，对应的能量分别为360keV、280keV、160keV和110keV；
采用RCA清洗标准对碳化硅表面依次进行清洗、烘干和C膜保护。
S6：在N型栅区7上进行多次选择性N离子注入，形成栅极N+注入区5，具体如图3中的(f)所示；
用低压化学汽相沉积方式在整个碳化硅表面沉积一层厚度为0.7μm的SiO2，再沉积厚度为0.7μm的Al作为栅极N+注入区5铝离子注入的阻挡层，并通过光刻和刻蚀形成栅极N+注入区5；
在650℃的温度下进行2次氮离子注入，注入的剂量分别为1.2×1014cm-2和4.1×1013cm-2，对应的能量分别为110keV和40keV；
采用RCA清洗标准对碳化硅表面依次进行清洗、烘干和C膜保护，并在1700～1750℃氩气氛围中作15min的离子激活退火。
S7：在栅极N+注入区5上沉积栅极接触金属层6，具体如图3中的(g)所示；
在整个碳化硅片正面涂光刻胶，然后通过显影形成P+欧姆接触区域；
对整个碳化硅片沉积100nm/300nm/100nm的Ni/Ti/Al合金，之后通过超声波剥离使正面形成栅极接触金属层6；
在1000℃温度下，氮气气氛中对整个碳化硅片退火3分钟形成栅极接触金属层6。
S8：在P+集电区8上沉积形成集电极接触金属层9，具体如图3中的(h)所示；
在整个碳化硅片正面涂光刻胶，然后通过显影形成集电极接触金属层9；
对整个碳化硅片沉积500nm的Ni合金，之后通过超声波剥离使正面形成欧姆接触。
S9：在N+碳化硅衬底2背面沉积形成发射极接触金属层1，具体如图3中的(i)所示；
对整个碳化硅片背面沉积500nm的Ni金属，在1050℃温度下，氮气气氛中对整个碳化硅片退火3分钟形成欧姆接触，完成该器件的制作。
实施例3
一种纵向沟道的SiC结型栅双极型晶体管器件，具体如图2所示，包括N+碳化硅衬底2，形成于N+碳化硅衬底2表面的发射极接触金属层1，形成于N+碳化硅衬底2上的P+缓冲层3，形成于P+缓冲层3上P-漂移区4，形成于P-漂移区4上的P+集电区8，形成于P+集电区8上的集电极接触金属层9；还包括形成于P-漂移区4上的至少两个竖直沟槽，沟槽底部和沟槽侧壁设置有N型栅区7，沟槽底部的N型栅区7上注入有栅极N+注入区5，栅极N+注入区5上形成有栅极接触金属层6；N型栅区7与P+集电区8相接触。
其中，发射极接触金属层1是厚度为500nm的Ni金属，发射极接触金属层1上的N+碳化硅衬底2为高掺杂的N型碳化硅衬底片，N+碳化硅衬底2上是厚度为2μm，铝离子掺杂浓度是3×1018cm-3的P+缓冲层3，P+缓冲层3上是厚度为17μm，铝离子掺杂浓度是3×1015cm-3的P-漂移区4，P-漂移区4两侧是深度为0.4μm，氮离子掺杂浓度是3×1018cm-3的N型栅区7，N型栅区7上面是深度为0.15μm，氮离子掺杂浓度是2×1020cm-3的栅极N+注入区5，栅极N+注入区5上是100nm/100nm/300nm的Ni/Ti/Al合金的栅极接触金属层6，
P-漂移区上面是厚度为0.4μm，掺杂浓度3×1020cm-3的P+集电区8，P+集电区8上面是厚度为500nm的Ni金属形成的集电极接触金属层9。
该器件的具体制备方法为，其工艺流程如图3所示：
S1：在N+碳化硅衬底片2上外延生长缓冲层3，具体如图3中的(a)所示；
先对N+型碳化硅衬底片2进行RCA标准清洗；再在其正面上用低压热壁化学气相沉积法外延生长厚度为1.5μm、铝离子掺杂浓度为2×1018cm-3的P+缓冲层3，其外延工艺条件是：温度为1600℃，压力100mbar，反应气体是硅烷和丙烷，载运气体为纯氢气，杂质源为三甲基铝。
S2：在P+缓冲层3上制备P-漂移区4，具体如图3中的(b)所示；
在P+缓冲层3上用低压热壁化学气相沉积法外延生长厚度为16μm、铝离子掺杂浓度为2×1015cm-3的P-漂移区4，其外延工艺条件是：温度为1600℃，压力为100mbar，反应气体采用硅烷和丙烷，载运气体采用纯氢气，杂质源为三甲基铝。
S3：在P-漂移区4上外延生长P+集电区8，具体如图3中的(c)所示；
在P-漂移区4上用低压热壁化学气相沉积法外延生长厚度为0.3μm、铝离子掺杂浓度为3×1020cm-3的P+集电区8，其外延工艺条件是：温度为1600℃，压力为100mbar，反应气体采用硅烷和丙烷，载运气体采用纯氢气，杂质源为三甲基铝。
S4：刻蚀器件沟槽，具体如图3中的(d)所示；
采用ICP刻蚀工艺，对器件的P-漂移区4和P+集电区8进行刻蚀，刻蚀深度为2μm。
S5：在P-漂移区4上进行多次选择性N离子注入，形成N型栅区7，具体如图3中的(e)所示；
用低压化学汽相沉积方式在整个碳化硅表面沉积一层厚度为0.7μm的SiO2，作为N型栅区7氮离子注入的阻挡层，并通过光刻和刻蚀形成N型栅区7；
在650℃的温度下进行4次氮离子注入，注入的剂量分别为1.8×1013cm-2、2.2×1014cm-2、1.2×1014cm-2和1.2×1013cm-2，对应的能量分别为360keV、280keV、160keV和110keV；
采用RCA清洗标准对碳化硅表面依次进行清洗、烘干和C膜保护。
S6：在N型栅区7上进行多次选择性N离子注入，形成栅极N+注入区5，具体如图3中的(f)所示；
用低压化学汽相沉积方式在整个碳化硅表面沉积一层厚度为0.7μm的SiO2，再沉积厚度为0.7μm的Al作为栅极N+注入区5铝离子注入的阻挡层，并通过光刻和刻蚀形成栅极N+注入区5；
在650℃的温度下进行2次氮离子注入，注入的剂量分别为1.2×1014cm-2和4.1×1013cm-2，对应的能量分别为110keV和40keV；
采用RCA清洗标准对碳化硅表面依次进行清洗、烘干和C膜保护，并在1700～1750℃氩气氛围中作15min的离子激活退火。
S7：在栅极N+注入区5上沉积栅极接触金属层6，具体如图3中的(g)所示；
在整个碳化硅片正面涂光刻胶，然后通过显影形成P+欧姆接触区域；
对整个碳化硅片沉积100nm/300nm/100nm的Ni/Ti/Al合金，之后通过超声波剥离使正面形成栅极接触金属层6；
在1000℃温度下，氮气气氛中对整个碳化硅片退火3分钟形成栅极接触金属层6。
S8：在P+集电区8上沉积形成集电极接触金属层9，具体如图3中的(h)所示；
在整个碳化硅片正面涂光刻胶，然后通过显影形成集电极接触金属层9；
对整个碳化硅片沉积500nm的Ni合金，之后通过超声波剥离使正面形成欧姆接触。
S9：在N+碳化硅衬底2背面沉积形成发射极接触金属层1，具体如图3中的(i)所示；
对整个碳化硅片背面沉积500nm的Ni金属，在1050℃温度下，氮气气氛中对整个碳化硅片退火3分钟形成欧姆接触，完成该器件的制作。
以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，其保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内，本发明的保护范围以权利要求书为准。
Claims (8)
1.一种纵向沟道的SiC结型栅双极型晶体管，其特征在于，包括N+碳化硅衬底（2），形成于所述N+碳化硅衬底（2）下表面的发射极接触金属层（1），形成于所述N+碳化硅衬底（2）上的P+缓冲层（3），形成于所述P+缓冲层（3）上P-漂移区（4），形成于所述P-漂移区（4）上的P+集电区（8），形成于所述P+集电区（8）上的集电极接触金属层（9）；
还包括形成于所述P-漂移区（4）上的至少两个竖直沟槽，所述沟槽底部和所述沟槽侧壁设置有N型栅区（7），N型栅区（7）在沟槽底部和沟槽侧壁形成连续的结构；所述沟槽底部的N型栅区（7）内注入有栅极N+注入区（5），所述栅极N+注入区（5）上形成有栅极接触金属层（6）；
所述N型栅区（7）与所述P+集电区（8）相接触；
相邻两个N型栅区（7）之间为导电沟道区，所述导电沟道区宽度为1~4μm，所述N型栅区（7）的深度为0.5μm。
2.根据权利要求1所述的纵向沟道的SiC结型栅双极型晶体管，其特征在于，所述沟槽深度为1.8~2.2μm。
3.根据权利要求1所述的纵向沟道的SiC结型栅双极型晶体管，其特征在于，所述栅极N+注入区（5）的深度为0.15μm。
4.根据权利要求1所述的纵向沟道的SiC结型栅双极型晶体管，其特征在于，所述栅极接触金属层（6）为厚度为100nm/100nm/300nm的Ni/Ti/Al合金或厚度为100nm/300nm/100nm的Ti/Al/Ti合金。
5.根据权利要求1所述的纵向沟道的SiC结型栅双极型晶体管，其特征在于，所述P+集电区（8）的厚度为0.2~0.4μm。
6.根据权利要求1所述的纵向沟道的SiC结型栅双极型晶体管，其特征在于，
所述发射极接触金属层（1）为Ni金属，厚度为500nm；
所述N+碳化硅衬底（2）厚度是1~2μm；
所述P+缓冲层（3）厚度是1~3μm；
所述P-漂移区（4）厚度是15~18μm；
所述集电极接触金属层（9）为Ni金属，厚度为500nm。
7.一种纵向沟道的SiC结型栅双极型晶体管的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1：在N+碳化硅衬底（2）上外延生长P+缓冲层（3）；
S2：在P+缓冲层（3）上外延生长P-漂移区（4）；
S3：在P-漂移区（4）上外延生长P+集电区（8）；
S4：对P+集电区（8）的两侧进行刻蚀，形成竖直沟槽；
S5：在两侧沟槽的底部和侧壁进行离子注入，形成N型栅区（7）；N型栅区（7）在沟槽底部和沟槽侧壁形成连续的结构；
S6：在两侧沟槽底部的N型栅区（7）内进行离子注入，形成栅极N+注入区（5）；
S7：在栅极N+注入区（5）上沉积栅极接触金属层（6）；
S8：在N+碳化硅衬底（2）背面沉积发射极接触金属层（1）；
S9：在P+集电区（8）上沉积集电极接触金属层（9）。
8.根据权利要求7所述的纵向沟道的SiC结型栅双极型晶体管的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1：在N+碳化硅衬底（2）上制备厚度为1~3μm、铝离子掺杂浓度为5×1017~1×1018cm-3的P+缓冲层（3），所采用的制备方法为化学气相沉积法，外延生长温度为1600℃，压力100mbar，反应气体是硅烷和丙烷，载运气体为纯氢气，杂质源为三甲基铝；
S2：在P+缓冲层（3）上制备厚度为15~18μm、铝离子掺杂浓度为1×1015~6×1015cm-3的P-漂移区（4），所采用的制备方法为化学气相沉积法，外延生长温度为1600℃，压力100mbar，反应气体是硅烷和丙烷，载运气体为纯氢气，杂质源为三甲基铝；
S3：在P-漂移区（4）上制备厚度为0.2~0.4μm、铝离子掺杂浓度为1×1019-6×1019cm-3的P+集电区（8），所采用的制备方法为化学气相沉积法，外延生长温度为1600℃，压力100mbar，反应气体是硅烷和丙烷，载运气体为纯氢气，杂质源为三甲基铝；
S4：采用ICP刻蚀工艺，对P+集电区（8）的两侧进行刻蚀，形成沟槽，刻蚀深度为1.8~2.2μm；
S5：在两侧沟槽处进行离子注入，分别在两侧沟槽的底部和侧壁形成N型栅区（7），注入杂质为氮离子，注入深度为0.5μm，掺杂浓度为1×1018 cm-3，注入温度600℃；
S6：在两侧沟槽的沟槽底部进行离子注入，形成栅极欧姆接触的栅极N+注入区（5），注入杂质为氮离子，注入深度为0.15μm，掺杂浓度为1×1020 cm-3，注入温度600℃；
S7：在栅极N+注入区（5）上沉积100nm/100nm/300nm的Ni/Ti/Al合金或厚度为100nm/300nm/100nm的Ti/Al/Ti合金，作为栅极接触金属层（6），在1000℃下，氮气气氛中退火3分钟形成栅极接触金属层（6）；
S8：在N+碳化硅衬底（2）背面沉积500nm的Ni金属，作为发射极接触金属层（1）；
S9：在P+集电区（8）上沉积500nm的Ni金属，作为集电极的接触金属层，在1050℃温度下，氮气气氛中退火3分钟形成集电极接触金属层（9）。
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