【专利解密】泰克天润 新型SIC沟槽型JFET

[·加德评论]泰科·天润发明的碳化硅沟槽JFET的制造方法在离子注入过程中使用掩模来覆盖沟道侧壁，从而防止由于离子注入导致的沟道侧壁的损坏和缺陷，减小栅极源极和栅极漏极电容，并抑制通过沟道侧壁的泄漏，以避免不可靠的PN结的形成。

套微网新闻。泰科天润是中国第一家提供第三代半导体材料碳化硅器件制造和应用解决方案的供应商。主要经营碳化硅功率器件，包括碳化硅肖特基二极管、碳化硅场效应晶体管和各种封装形式的碳化硅模块。致力于中国半导体功率器件制造业的发展，为全球功率器件消费者提供高质量的半导体功率器件产品和专业服务。目前，电力传输功率器件主要基于硅材料。经过30年的发展，硅材料的物理性质已经完全被发现。碳化硅作为半导体行业公认的“未来材料”，具有优异的耐高压、低损耗、高导热等优异性能。

同时，碳化硅的临界电场约为硅的10倍。与相同电压规格的硅器件相比，碳化硅器件的漂移层掺杂浓度是硅器件的100倍，碳化硅器件的漂移层厚度仅为硅器件的1/10，其导通电阻比硅器件低约3个数量级

因此，碳化硅单极器件可以适用于3000伏以上的工作条件。碳化硅单极器件包括肖特基二极管、JFET、场效应晶体管等。单极晶体管包括JFET和场效应晶体管场效应晶体管存在沟道迁移率低和栅氧化层可靠性差的问题。相比之下，JFET不需要栅极氧化物，并且不存在沟道迁移率降低的问题。

泰克公司早在13年5月20日就申请了一项发明专利(申请号:20131018777.1)，名为“JFET碳化硅沟槽制造方法”。申请人是泰克半导体技术(北京)有限公司

根据目前公布的专利，今天我们将带您了解这项专利技术。首先，让我们看看现有技术中存在哪些问题和不足

如上图(左)所示，沟槽JFET的一种制备方法是在通过离子注入形成栅极的过程中不将离子主动注入沟道侧壁。以这种方式注入的离子束是平行离子束。

，然而，由于掩模对离子束的散射效应以及用于注入的离子束不是绝对垂直于晶片表面的事实，离子束将不可避免地在沟道的侧壁上引起不必要的注入，容易引起沟道的损坏和缺陷，并增加沟道的导通电阻

如上图(右)所示，这种方法的另一个缺点是在源极附近的沟道侧壁附近容易形成不可靠的重掺杂PN结，并且不可靠的PN结容易被击穿，导致漏电流。当

采用这种方法时，在沟道侧壁上离子注入后，晶格缺陷和沟道宽度将减小，从而增加沟道的导通电阻此外，在沟道侧壁的离子注入之后，栅极的PN结面积将增加，并且栅极-源极电容和栅极-漏极电容将增加，导致JFET的较差开关性能。

在了解JFET现有技术的缺陷后，我们正式进入泰科天润的专利技术，如下图所示

在n型SiC衬底710上依次外延生长缓冲层711、漂移层712、沟道层713和盖层714。如上图所示，这些层都是第一导电类型随后，在盖层上沉积连续的第一掩模层，然后通过光刻和蚀刻去除第一掩模层720的部分区域，以获得掩模图案

然后根据掩模图案蚀刻沟槽，以形成有掩模图案的第一掩模层为掩模，蚀刻未被掩模图案覆盖的盖层和沟道层至漂移层和漂移层之间的界面，以形成沟槽和JFET沟道，并采用各向同性方法在沟槽底部、沟道侧壁和第一掩模层上沉积第二掩模层

其次，采用各向异性等离子体刻蚀去除沟道底部和第一掩膜层上的第二掩膜层，保留沟道侧壁上的第二掩膜层，然后光刻终端区并用胶固定暴露于沟槽底部的漂移层包括用于离子注入的结终止区，离子注入区形成在漂移层中，并且注入到离子注入区中的离子具有与第一导电类型相反的第二导电类型，从而形成具有漂移区的PN二极管

然后去除所有剩余的掩模，包括盖层上的第一掩模层和沟道侧壁上的第二掩模层，并进行清洗，在盖层、沟道底部和沟道侧壁上镀上退火保护层，并且在去除退火保护层之后，在盖层、沟道底部和沟道侧壁上沉积隔离层

最后，在衬底远离缓冲层的一侧的暴露的盖层和暴露的离子注入区中分别形成欧姆接触，使得每个沟槽填充绝缘介质，直到沟槽被填充，并且进行平坦化蚀刻以暴露第二欧姆接触层， 然后通过光刻和刻蚀去除JFET一端沟槽底部的绝缘介质，露出第四欧姆接触层，最后分别在漏电极、源电极和栅电极沉积互连金属层，完成工艺。

最后，让我们看一下JFET欧姆接触平面的示意图。如下图所示，以上

是泰科天润半导体技术公司发明的碳化硅沟槽JFET的制造方法。在离子注入期间，使用掩模覆盖沟道侧壁，使得沟道侧壁不被注入离子，从而防止沟道侧壁由于离子注入而损坏和有缺陷，减小栅极面积，减小栅极源极和栅极漏极的电容，并抑制通过沟道侧壁的泄漏而形成不可靠的PN结。

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(校对/holly)

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