4H-SiC BJT功率器件特性與工藝研究.pdf

1、碳化硅（Silicon Carbide,SiC）具有高的臨界電場、寬的禁帶寬度和高的熱導(dǎo)率等性能，這些優(yōu)越的性能使其有望取代硅成為制造下一代功率半導(dǎo)體器件的材料。與其他功率開關(guān)相比，雙極結(jié)型晶體管（Bipolar Junction Transistor,BJT）具有非常低的正向壓降、高的電流能力和快的開關(guān)速度。然而，為了適應(yīng)市場的需求，必須要有非常高的電流增益和接近理想的擊穿電壓。此外，還必須解決在長時間工作過程中BJT電流增益（β）和

2、正向飽和壓降（VCESAT）等器件性能退化的問題。本文基于中國科學(xué)院微電子研究所集成電路先導(dǎo)工藝研發(fā)中心（ICAC）的工藝平臺進行1200V4H-SiC BJT的器件制作，對實際流片過程中發(fā)射極臺面刻蝕、基極臺面刻蝕和臺面終端刻蝕進行了詳細的介紹；對實際流片過程中的發(fā)射極和基極金屬退火工藝進行了介紹，同時對退火過程中遇到的問題進行了分析。
　　本文首先研究了SiC干法刻蝕工藝，進行了刻蝕單步工藝的開發(fā)。通過實驗對比分析了金屬掩膜和

3、SiO2掩膜對刻蝕形貌的影響，最終選擇了SiO2作為SiC刻蝕的掩膜；隨后分別用氯基刻蝕氣體和氟基刻蝕氣體對 SiC進行刻蝕，得出了氟基刻蝕氣體性能更優(yōu)的結(jié)論。其次，論文對N/P型SiC的歐姆接觸進行了單步工藝開發(fā)，分別選擇金屬Ni和合金Ni/Ti/Al/Ni作為N型和P型歐姆接觸金屬，通過實驗不斷優(yōu)化金屬厚度和退火條件，得到了滿足器件設(shè)計要求的發(fā)射極和基極比接觸電阻；同時開發(fā)了 BJT金屬剝離工藝，通過調(diào)整涂膠轉(zhuǎn)速、泛曝時間等工藝條件

4、得到了易于金屬剝離的倒梯形結(jié)構(gòu)。然后，根據(jù)前期實驗的結(jié)果設(shè)計了4H-SiC BJT的器件版圖，接著對整體的工藝流程進行整合并進行了1200V4H-SiC BJT的器件制作。最后，對4H-SiC BJT器件的靜態(tài)特性進行了測試?；鶚O-發(fā)射極二極管的正向開啟電壓為2.8V，反向漏電58pA@-4V，常規(guī)BJT器件的電流增益（β）最大值為33.75@JC=90A/cm2，正向飽和壓降（VCESAT）為0.5V@JC≈100A/cm2，比導(dǎo)通電