專利名稱：在碳化硅半導(dǎo)體薄膜雙注入?yún)^(qū)形成短溝道的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種在碳化硅半導(dǎo)體薄膜雙注入?yún)^(qū)形成短溝道的方法。
背景技術(shù)：
碳化硅材料具有寬帶隙，高擊穿場(chǎng)強(qiáng)，高熱導(dǎo)率，高飽和電子遷移速率，極好的物理化學(xué)穩(wěn)定性等特性。十分適用于高溫，高頻，大功率和極端環(huán)境下工作。以碳化硅金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)晶體管(metal-oxide-semiconductor field effect transistors-MOSFETs) 為例，它的器件性能可達(dá)到與Si IGBT相近的功率容量，但功率損耗遠(yuǎn)小于后者而且具有較好的頻率特性，在近些年來備受關(guān)注。然而，SiC/Si02的界面態(tài)密度約為IO12eW1 cnT2，比Si/Si02界面態(tài)密度大了兩個(gè)數(shù)量級(jí)，導(dǎo)致帶有MOS結(jié)構(gòu)的碳化硅器件(如M0SFET，IGBT等)工作時(shí)溝道載流子遷移率很低，約為20-40cm2/Vs，直接導(dǎo)致器件正常工作時(shí)溝道電阻較大，成為限制帶有MOS結(jié)構(gòu)碳化硅器件發(fā)展的重要因素。溝道電阻與溝道摻雜和溝道長(zhǎng)度成線性關(guān)系，所以在一定的摻雜濃度下，可以縮短溝道長(zhǎng)度以減小其電阻。尤其在外延層較薄的器件中，短溝道的優(yōu)勢(shì)更加明顯。在一個(gè)外延層厚度為6um，溝道遷移率約為20cm2/v · s的器件中，溝道長(zhǎng)度從3um減小到0. 5um時(shí)， 溝道電阻占器件總電阻的比重從80%降低到40%。但是由于現(xiàn)在紫外線曝光光刻工藝的精度在微米量級(jí)，而電子束曝光光刻工藝對(duì)材料表面有損傷，影響期間性能。如果采用分步掩膜光刻的方法，器件的溝道長(zhǎng)度將無法做到小于2-3 μ m以下。本發(fā)明采用碳化硅半導(dǎo)體薄膜上淀積硅薄膜經(jīng)刻蝕后，在圖形化硅薄膜上進(jìn)行氧化工藝，并在氧化前后用硅薄膜作為注入掩膜分別進(jìn)行離子注入形成對(duì)應(yīng)的阱區(qū)和源區(qū)， 通過控制氧化溫度和時(shí)間等條件，可以精確控制硅掩膜氧化后寬度增加值到0. I μ m甚至更小的量級(jí)。這個(gè)寬度增加值就是短溝道碳化硅器件的溝道長(zhǎng)度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種在碳化硅半導(dǎo)體薄膜雙注入?yún)^(qū)形成短溝道的方法，其可減小溝道電阻占器件總電阻的比重，同時(shí)具有工藝簡(jiǎn)單，成本低廉的優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明提供一種在碳化硅半導(dǎo)體薄膜雙注入?yún)^(qū)形成短溝道的方法，包括如下步驟步驟I :取一碳化硅半導(dǎo)體薄膜，該碳化硅半導(dǎo)體薄膜包括襯底和外延層；步驟2 :在碳化硅半導(dǎo)體外延層上生長(zhǎng)一層硅薄膜；步驟3 :在硅薄膜上采用光刻技術(shù)獲得圖形；步驟4:在圖形化的硅薄膜的兩側(cè)進(jìn)行離子注入，形成P阱或者N阱，注入的深度小于碳化硅半導(dǎo)體外延層的厚度，形成樣品；步驟5 :對(duì)樣品進(jìn)行氧化，形成氧化層，使圖形化的硅薄膜的兩側(cè)加寬；
步驟6 :對(duì)氧化后的樣品、圖形化的硅薄膜的兩側(cè)再進(jìn)行離子注入，形成N+或P+源區(qū)，注入的深度小于步驟4形成的P阱或者N阱的注入深度，該第一次離子注入后的P阱或者N阱的寬度大于再離子注入形成的N+或P+源區(qū)的寬度，該差值為所述短溝道。


為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和特點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實(shí)施例，并參照附圖，對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明，其中圖I是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明硅薄膜刻蝕圖形為平行長(zhǎng)條形狀截面示意圖；圖3是本發(fā)明P阱區(qū)注入離子為Al時(shí)，注入后Al的曲線分布示意圖；圖4是本發(fā)明N+源區(qū)注入離子為氮(N)時(shí)，注入后氮(N)的曲線分布示意圖。
具體實(shí)施例方式請(qǐng)參閱圖I所示，本發(fā)明提供一種在碳化硅半導(dǎo)體薄膜雙注入?yún)^(qū)形成短溝道的方法，包括如下步驟步驟I :取一碳化硅半導(dǎo)體薄膜10，該碳化硅半導(dǎo)體薄膜10包括襯底11和外延層 12，所述碳化硅半導(dǎo)體薄膜10的材料為N型或P型4H或6H，碳化硅半導(dǎo)體薄膜10中的外延層12的厚度為I μ m-100 μ m,其非故意摻雜濃度為I X 1013_5 X 1017cm_3 ；步驟2 :在碳化硅半導(dǎo)體外延層12上生長(zhǎng)一層硅薄膜13，該生長(zhǎng)硅薄膜13，是采用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積方法、高溫氧化方法、常壓化學(xué)氣相沉積方法或低壓化學(xué)氣相沉積方法，所述硅薄膜13的晶型為單晶硅或多晶硅或無定形硅，所述硅薄膜13的厚度為 O. I μ m-10 μ m ；步驟3:在硅薄膜13上采用光刻技術(shù)獲得圖形，所述的光刻技術(shù)，是濕法或干法刻蝕技術(shù)，所述圖形為叉指結(jié)構(gòu)或平行長(zhǎng)條狀或正方形臺(tái)面或它們的組合圖形，圖形中的刻蝕寬度為1-20μηι,刻蝕深度為O. I μ m-10 μ m,當(dāng)所述圖形為正方形臺(tái)面時(shí)，臺(tái)面寬度為1_20μπι，當(dāng)所述圖形為平行長(zhǎng)條狀圖形或叉指圖形時(shí)，其未刻蝕部分的長(zhǎng)度為 5 μ m-200 μ m ；步驟4 :在圖形化的硅薄膜13的兩側(cè)進(jìn)行離子注入，形成P阱或者N阱，注入的深度小于碳化硅半導(dǎo)體外延層12的厚度，形成樣品，所述阱區(qū)為P阱時(shí)，注入離子為 Al或B離子；所述阱區(qū)為N阱時(shí)，注入離子為氮(N)或磷(P)或As離子；所述離子注入的能量為10keV-600keV，所述離子注入的溫度為22°C _600°C，所述離子注入的劑量為
IX IOici-I X 1015cm_2 ；步驟5:對(duì)樣品進(jìn)行氧化，形成氧化層，使圖形化的硅薄膜13的兩側(cè)加寬， 所述的氧化工藝為干氧或濕氧氧化工藝，氧化溫度為700 °C -1300 °C，氧化層厚度為 O. I μ m-10 μ m ；步驟6 :對(duì)氧化后的樣品、圖形化的硅薄膜13的兩側(cè)再進(jìn)行離子注入，形成N+或 P+源區(qū)，注入的深度小于步驟4形成的P阱或者N阱的注入深度，該第一次離子注入后的 P阱或者N阱的寬度大于再離子注入形成的N+或P+源區(qū)的寬度，該差值為短溝道，所述短溝道的寬度為O. 1-10 μ m,步驟5中所述阱區(qū)為P阱區(qū)時(shí)，所述源區(qū)應(yīng)為N+源區(qū)，再注入離子為氮(N)或磷(P)或As離子；步驟5中所述阱區(qū)為N阱區(qū)時(shí)，所述源區(qū)應(yīng)P+源區(qū)，再注入離子為Al或B離子，所述再離子注入的能量為10kev-600kev，所述再離子注入的溫度為 220C _600°C，所述再離子注入的劑量為I X IOici-I X IO15CnT2。請(qǐng)參閱表I是本發(fā)明的P阱區(qū)注入離子為Al時(shí)，離子注入的能量和劑量表；表I
權(quán)利要求
1.一種在碳化硅半導(dǎo)體薄膜雙注入?yún)^(qū)形成短溝道的方法，包括如下步驟步驟I :取一碳化硅半導(dǎo)體薄膜，該碳化硅半導(dǎo)體薄膜包括襯底和外延層；步驟2 :在碳化硅半導(dǎo)體外延層上生長(zhǎng)一層硅薄膜；步驟3 :在硅薄膜上采用光刻技術(shù)獲得圖形；步驟4 :在圖形化的硅薄膜的兩側(cè)進(jìn)行離子注入，形成P阱或者N阱，注入的深度小于碳化硅半導(dǎo)體外延層的厚度，形成樣品；步驟5 :對(duì)樣品進(jìn)行氧化，形成氧化層，使圖形化的硅薄膜的兩側(cè)加寬；步驟6 :對(duì)氧化后的樣品、圖形化的硅薄膜的兩側(cè)再進(jìn)行離子注入，形成N+或P+源區(qū)， 注入的深度小于步驟4形成的P阱或者N阱的注入深度，該第一次離子注入后的P阱或者 N阱的寬度大于再離子注入形成的N+或P+源區(qū)的寬度，該差值為所述短溝道。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的在碳化硅半導(dǎo)體薄膜雙注入?yún)^(qū)形成短溝道的方法，其中所述碳化硅半導(dǎo)體薄膜的材料為N型或P型4H或6H，碳化硅半導(dǎo)體薄膜中的外延層的厚度為 I μ m-100 μ m，其非故意摻雜濃度為 I X 1013_5 X 1017cnT3。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的在碳化硅半導(dǎo)體薄膜雙注入?yún)^(qū)形成短溝道的方法，其中生長(zhǎng)硅薄膜，是采用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積方法、高溫氧化方法、常壓化學(xué)氣相沉積方法或低壓化學(xué)氣相沉積方法，所述硅薄膜的晶型為單晶硅或多晶硅或無定形硅，所述硅薄膜的厚度為 O. I μ m-10 μ m。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的在碳化硅半導(dǎo)體薄膜雙注入?yún)^(qū)形成短溝道的方法，其中所述的光刻技術(shù)，是濕法或干法刻蝕技術(shù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的在碳化硅半導(dǎo)體薄膜雙注入?yún)^(qū)形成短溝道的方法，其中所述圖形為叉指結(jié)構(gòu)或平行長(zhǎng)條狀或正方形臺(tái)面或它們的組合圖形，圖形中的刻蝕寬度為 1-20 μ m,刻蝕深度為 O. I μ m-10 μ m。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的在碳化硅半導(dǎo)體薄膜雙注入?yún)^(qū)形成短溝道的方法，其中所述圖形為正方形臺(tái)面時(shí)，臺(tái)面寬度為1-20μηι。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的在碳化硅半導(dǎo)體薄膜雙注入?yún)^(qū)形成短溝道的方法，其中所述圖形為平行長(zhǎng)條狀圖形或叉指圖形時(shí)，其未刻蝕部分的長(zhǎng)度為5 μ m-200 μ m。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的在碳化硅半導(dǎo)體薄膜雙注入?yún)^(qū)形成短溝道的方法，其中所述離子注入的能量為10keV-600keV，所述離子注入的溫度為22°C _600°C，所述離子注入的劑量為 I X IOici-I X 1015cm_2。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的在碳化硅半導(dǎo)體薄膜雙注入?yún)^(qū)形成短溝道的方法，其中所述的氧化工藝為干氧或濕氧氧化工藝，氧化溫度為700°C -1300°C，氧化層厚度為O.I μ m-10 μ m。
10.根據(jù)權(quán)利要求I所述的在碳化硅半導(dǎo)體薄膜雙注入?yún)^(qū)形成短溝道的方法，其中所述短溝道的寬度為O. 1-10 μ m。
全文摘要
一種在碳化硅半導(dǎo)體薄膜雙注入?yún)^(qū)形成短溝道的方法，包括如下步驟取一碳化硅半導(dǎo)體薄膜，該碳化硅半導(dǎo)體薄膜包括襯底和外延層；在碳化硅半導(dǎo)體外延層上生長(zhǎng)一層硅薄膜；在硅薄膜上采用光刻技術(shù)獲得圖形；在圖形化的硅薄膜的兩側(cè)進(jìn)行離子注入，形成P阱或者N阱，注入的深度小于碳化硅半導(dǎo)體外延層的厚度，形成樣品；對(duì)樣品進(jìn)行氧化，形成氧化層，使圖形化的硅薄膜的兩側(cè)加寬；對(duì)氧化后的樣品、圖形化的硅薄膜的兩側(cè)再進(jìn)行離子注入，形成N+或P+源區(qū)，注入的深度小于所述形成的P阱或者N阱的注入深度，該第一次離子注入后的P阱或者N阱的寬度大于再離子注入形成的N+或P+源區(qū)的寬度，該差值為所述短溝道。其可減小溝道電阻占器件總電阻的比重，同時(shí)具有工藝簡(jiǎn)單，成本低廉的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)H01L21/336GK102593004SQ20121005786
公開日2012年7月18日 申請(qǐng)日期2012年3月7日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月7日
發(fā)明者劉興昉, 劉斌, 劉勝北, 孫國(guó)勝, 張峰, 曾一平, 王雷, 董林, 趙萬順, 鄭柳, 閆果果 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院半導(dǎo)體研究所