【嘉德點評】泰科天潤髮明的碳化硅溝槽型JFET的製作方法，在離子注入時利用掩模版掩蓋溝道側壁，從而能夠防止溝道側壁因離子注入產生損傷和缺陷，減少柵源、柵漏電容，抑制通過溝道側壁漏電避免形成不可靠的PN 結。
集微網消息，泰科天潤是國內首家第三代半導體材料碳化硅器件製造與應用解決方案提供商，主營碳化硅功率器件，包含各種封裝形式的碳化硅肖特基二極管、碳化硅MOSFET和碳化硅模塊，致力於中國半導體功率器件製造產業的發展，並向全球功率器件消費者提供優質的半導體功率器件產品和專業服務。
當前，電力傳輸功率器件主要是基於硅材料，經歷了30年的發展，硅材料的物理性能已經發掘殆盡。而碳化硅作為半導體界公認的“一種未來的材料”，有著優異的高耐壓、低損耗、高導熱率等優異性能。
同時，碳化硅具有約10倍於硅的臨界電場，同樣電壓規格的碳化硅器件與硅器件相比較而言，碳化硅器件的漂移層摻雜濃度為硅器件的100倍，碳化硅器件的漂移層厚度僅為硅器件的1/10，碳化硅器件的漂移層導通電阻較硅器件約低3個數量級。
因此，碳化硅單極型器件能夠適用於3000V以上的工作條件，碳化硅單極型器件包括肖特基二極管、JFET和MOSFET等。單極型晶體管包括JFET和MOSFET。MOSFET存在著溝道遷移率低和柵氧化物可靠性差的問題。與之相比，JFET不需要柵氧化物，也不存在溝道遷移率降低的問題。
泰克天潤早在13年5月20日就申請了一項名為“一種碳化硅溝槽型JFET的製作方法”的發明專利（申請號：20131018777.1），申請人為泰科天潤半導體科技（北京）有限公司。
根據目前公開的專利，今天將帶大家一起來了解一下這項專利技術，首先我們來看看現有技術中存在著哪些問題以及不足吧。
如上圖（左）所示，溝槽型JFET的一種製備方法是在通過離子注入形成柵的過程中，不主動對溝道側壁進行離子注入，採用這樣的方式注入的離子束是平行離子束。
但是，由於存在著掩膜對離子束的散射作用以及用於注入的離子束並非絕對地垂直於晶圓表面，離子束往往會不可避免地對溝道側壁造成不需要的注入，容易引起溝道的損傷和缺陷，使溝道的導通電阻增加。
如上圖（右）所示，這種方法的另一個缺點是溝道側壁靠近源極的附近容易形成不可靠的重摻雜PN結，該不可靠的PN結容易被擊穿，從而造成漏電。
採用這種方法的同時，溝道側壁被注入離子後會帶來晶格缺陷、減少溝道寬度，從而使溝道的導通電阻增大。另外，溝道側壁被離子注入後將使柵極的PN結面積增加，並使柵源電容和柵漏電容增大，導致JFET的開關性能變差。
在瞭解了現有技術製作JFET的缺陷以後，我們正式進入泰科天潤的專利技術，如下圖所示。
在N型的SiC襯底710上依次外延生長緩衝層711、漂移層712、溝道層713和帽子層714，如上圖所示，這些層都是第一導電類型。隨後在帽子層上澱積一層連續的第一掩膜層，然後用光刻和刻蝕的方法去除部分面積的第一掩膜層720，得到掩膜圖形。
隨後，根據掩膜圖形刻蝕溝槽，將形成有掩膜圖形的第一掩膜層作為掩膜，將沒有被掩膜圖形覆蓋的帽子層和溝道層刻蝕至漂移層與漂移層之間的界面，形成溝槽和JFET的溝道，並且採用各向同性方法在溝槽底部、溝道側壁和第一掩膜層上澱積第二掩膜層。
其次，採用各向異性的等離子體法刻蝕去除溝道底部和第一掩膜層上的第二掩膜層，保留溝道側壁的第二掩膜層，再光刻結終端區域並進行固膠。向溝槽底部暴露的漂移層包括結終端區域進行離子注入，在漂移層中形成離子注入區且在離子注入區注入的離子為與第一導電類型相反的第二導電類型，以使與漂移區形成PN二極管。
接著，去除包括帽子層上的第一掩膜層和溝道側壁的第二掩膜層的全部剩餘掩膜，並進行清洗，在帽子層上、溝道底部和溝道側壁鍍上一層退火保護層，在去除退火保護層後的帽子層上、溝槽底部和溝道側壁澱積隔離層。
最後，分別在襯底的遠離緩衝層的一側，暴露的帽子層和暴露的離子注入區中形成歐姆接觸，使得每一個溝槽中填充絕緣介質至溝槽被填滿，並進行平坦化刻蝕，使得第二歐姆接觸層露出，然後用光刻和刻蝕的方法去除JFET一端的一個溝槽底部位置處的絕緣介質，使得第四歐姆接觸層露出，最後分別在漏極、源極和柵極處澱積互連金屬層即可完成。
最後我們再來看看JFET歐姆接觸平面示意圖，如下圖所示：
以上就是泰科天潤半導體科技發明的碳化硅溝槽型JFET的製作方法，在離子注入時利用掩模版掩蓋溝道側壁，使得溝道側壁不被離子注入，從而能夠防止溝道側壁因離子注入產生損傷和缺陷，減少柵的面積減少柵源、柵漏電容，抑制通過溝道側壁漏電避免形成不可靠的PN結。
關於嘉德
深圳市嘉德知識產權服務有限公司由曾在華為等世界500強企業工作多年的知識產權專家、律師、專利代理人組成，熟悉中歐美知識產權法律理論和實務，在全球知識產權申請、佈局、訴訟、許可談判、交易、運營、標準專利協同創造、專利池建設、展會知識產權、跨境電商知識產權、知識產權海關保護等方面擁有豐富的經驗。
（校對/holly）
閱讀更多 半導體投資聯盟 的文章
