一種碳化硅功率器件結(jié)終端的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種碳化硅功率器件結(jié)終端的制造方法。該碳化硅功率器件結(jié)終端的制造方法包括以下步驟：步驟1：在外延層上形成犧牲層；步驟2：在犧牲層上制作掩膜，以形成場限環(huán)的注入窗口；步驟3：刻蝕犧牲層的未被掩膜覆蓋的部分；步驟4：去除掩膜；步驟5：注入離子，以同時形成場限環(huán)和電荷補償層。本發(fā)明的碳化硅功率器件結(jié)終端的制造方法，借助于外延層上形成的犧牲層，一次離子注入同時實現(xiàn)場限環(huán)和電荷補償層，工藝簡單，制造成本低。
【專利說明】一種碳化硅功率器件結(jié)終端的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種碳化硅功率器件結(jié)終端的制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]相對于以硅為代表的第一代半導(dǎo)體和以砷化鎵為代表的第二代半導(dǎo)體，第三代半導(dǎo)體的碳化硅具有更大的禁帶寬度和臨界擊穿電場，較為適合制造高溫大功率半導(dǎo)體器件。目前來看，碳化硅功率器件是國際上的開發(fā)熱點。
[0003]就功率器件而言，需要對結(jié)終端進(jìn)行良好設(shè)計。合理設(shè)計的結(jié)終端不僅是確保功率器件耐壓能力的關(guān)鍵，也是保證功率器件可靠工作的重要部分。其中，場限環(huán)是縱向功率半導(dǎo)體器件的常用結(jié)終端結(jié)構(gòu)，可以與主結(jié)同時制作也可以單獨制作。
[0004]碳化硅功率器件的結(jié)終端，特別是在高壓情形下，通常采用浮空場限環(huán)的終端結(jié)構(gòu)。如圖1所示，其外延層10’的摻雜濃度相對較高，同樣的電壓等級下比硅器件高一個量級以上，因此場限環(huán)30’外側(cè)(遠(yuǎn)離主結(jié)50’的一側(cè))的上表面的尖角位置A處的電場更易于出現(xiàn)尖峰電場。此外，受工藝條件的限制，通常碳化硅功率器件結(jié)終端表面的鈍化層60’可能是通過淀積得到的二氧化硅，也可能是其它以各種形式引入的薄膜，但都可能引入較高的表面電荷。這些表面電荷可加劇場限環(huán)30’外側(cè)的上表面的尖角位置A處的電場集中，即，導(dǎo)致尖角位置A處的電場增加，降低了功率器件的耐壓能力。
[0005]針對上述結(jié)構(gòu)存在的問題，現(xiàn)有技術(shù)中通過在主結(jié)50’與場限環(huán)30’之間以及場限環(huán)30’之間引入合適的總摻雜劑量的電荷補償層40’，以使該電荷補償層40’能夠充分起到電荷補償作用的同時，在功率器件反向偏置時電荷補償層40’能被完全耗盡。
[0006]現(xiàn)有技術(shù)中，在結(jié)終端的制作過程中，通過增加一次離子注入或者增加一次碳化硅外延工藝來實現(xiàn)電荷補償層40’，但是，碳化硅的離子注入和碳化硅的外延工藝，成本都較高，這導(dǎo)致功率器件的制造成本高。因此，急需一種工藝簡單、成本低的碳化硅功率器件結(jié)終端的制造方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]針對上述的問題，本發(fā)明提出了一種碳化硅功率器件結(jié)終端的制造方法，這種功率器件結(jié)終端的制造方法工藝簡單，成本低。
[0008]根據(jù)本發(fā)明的一方面，提出了一種碳化硅功率器件結(jié)終端的制造方法，包括以下步驟:步驟1:在外延層上形成犧牲層；步驟2:在犧牲層上制作掩膜，以形成場限環(huán)的注入窗口 ；步驟3:刻蝕犧牲層的未被掩膜覆蓋的部分；步驟4:去除掩膜；步驟5:注入離子，以同時形成場限環(huán)以及位于犧牲層下方的電荷補償層。
[0009]通過本發(fā)明的碳化硅功率器件結(jié)終端的制造方法，借助于外延層上形成的犧牲層，一次離子注入同時實現(xiàn)場限環(huán)和電荷補償層，工藝簡單，制造成本低。
[0010]在一個實施例中，所述碳化硅功率器件結(jié)終端的制造方法還包括步驟6:去除犧牲層。由于離子注入會帶來外延層的結(jié)構(gòu)損傷，去除犧牲層便于后續(xù)的高溫退火或者其它處理。
[0011]在一個實施例中，步驟I中淀積二氧化硅形成形成犧牲層。由于淀積二氧化硅工藝簡單，成本低，所以降低了本發(fā)明的結(jié)終端的制造方法的成本。
[0012]在一個實施例中，犧牲層的厚度為50nm-2000nm。由此注入離子后在犧牲層的下方形成的電荷補償層充分起到電荷補償作用，并且在功率器件反向偏置時電荷補償層能被完全耗盡。
[0013]在一個實施例中，步驟2中還形成主結(jié)的注入窗口，以在步驟5中還同時形成主結(jié)。從而主結(jié)與場限環(huán)以及電荷補償層能夠同時形成，簡化了碳化硅功率器件結(jié)終端的制造工藝，降低了制造成本。
[0014]在一個實施例中，步驟2中采用光刻制作掩膜。采用光刻可以精確地控制掩膜的外形輪廓，提高了該工藝的精確性。
[0015]在一個實施例中，步驟3中采用干法刻蝕犧牲層的未被掩膜覆蓋的部分。由于干刻蝕可直接利用光阻作阻絕遮幕，并且具有能兼顧邊緣側(cè)向極微的侵蝕以及高蝕刻率的優(yōu)點。
[0016]在一個實施例中，步驟4中采用濕法腐蝕去除掩膜。鑒于濕法腐蝕的速率快、各向異性差、成本低，由此使得去除掩膜的工藝速度，降低結(jié)終端制造成本。
[0017]在一個實施例中，步驟5中高溫注入離子。采用高溫注入離子能夠較好的控制注入的缺陷，保證外延層厚度均勻。
[0018]需要說明的是，本發(fā)明所述的碳化硅功率器件為平面器件，其特點是采用平面工藝制造，整個器件通常是片狀方形。因此，本發(fā)明中所述的方位術(shù)語“上”為水平放置時背離地面的方向。“下”為與上相反的方向。
[0019]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點在于，通過在外延層上設(shè)置犧牲層，然后注入離子以同時實現(xiàn)場限環(huán)和電荷補償層，以此減少了碳化硅功率器件結(jié)終端的制造工藝，降低制造成本。優(yōu)選地，注入一次離子同時實現(xiàn)場限環(huán)、電荷補償層以及主結(jié)。優(yōu)選地，犧牲層的厚度為50nm-2000nm。由此注入離子后在犧牲層的下方形成的電荷補償層充分起到電荷補償作用，并且在功率器件反向偏置時電荷補償層能被完全耗盡。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]在下文中將基于實施例并參考附圖來對本發(fā)明進(jìn)行更詳細(xì)的描述。其中:
[0021]圖1是現(xiàn)有技術(shù)的碳化硅功率器件結(jié)終端的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖2是根據(jù)本發(fā)明的碳化硅功率器件結(jié)終端的制造方法的流程圖；
[0023]圖3是圖2所示制造方法的步驟I的示意圖；
[0024]圖4是圖2所示制造方法的步驟2的示意圖；
[0025]圖5是圖2所示制造方法的步驟3的示意圖；
[0026]圖6是圖2所示制造方法的步驟4的示意圖；
[0027]圖7是圖2所示制造方法的步驟5的示意圖。
[0028]在圖中，相同的構(gòu)件由相同的附圖標(biāo)記標(biāo)示。附圖并未按照實際的比例繪制?！揪唧w實施方式】[0029]下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步說明。
[0030]本發(fā)明提供的碳化硅功率器件結(jié)終端的制造方法，如圖2所示，包括以下步驟:形成犧牲層SI ;制作掩膜以形成場限環(huán)的注入窗口 S2 ;刻蝕犧牲層的未被淹沒覆蓋的部分S3 ;去除掩膜S4以及注入離子以同時形成場限環(huán)和電荷補償層S5。下面將詳細(xì)地描述該結(jié)終端的制造方法及其各工藝步驟。
[0031]如圖2和圖3所示，步驟I包括在外延層10上形成犧牲層20，用于當(dāng)注入離子后在犧牲層20的下方形成電荷補償層40 (參見圖7)。如圖7所示的電荷補償層40的作用是當(dāng)功率器件耐壓時，耗盡的電荷補償層40為其上表面附近引入補償電荷，也正因為這些補償電荷中和場限環(huán)30外側(cè)上表面的表面電荷，減少了電場集中，從而提高功率器件的耐壓性能。犧牲層20的形成目的是為后續(xù)注入離子時在其下方形成電荷補償層40。那么通過控制犧牲層20的材質(zhì)、厚度、形成方式，例如淀積或熱生長，以及注入離子的各項參數(shù)來調(diào)節(jié)電荷補償層40的雜質(zhì)濃度、結(jié)深以及分布形式，例如電荷補償層40的雜質(zhì)濃度可以是I X 1015cm-3?I X 1017cm_3，結(jié)深可以是IOOnm?500nm，從而滿足不同功率器件的目標(biāo)耐壓要求。例如犧牲層20可以是外延生長的碳化硅或者淀積氧化層得到。優(yōu)選地，在外延層10上淀積二氧化硅形成犧牲層，該工藝簡單，成本低。如圖3所示犧牲層20是覆蓋在結(jié)終端區(qū)域的外延層10的上表面，當(dāng)然也可以根據(jù)需要選擇性的覆蓋結(jié)終端區(qū)域的外延層10的上表面的部分。在一個優(yōu)選實施例中，犧牲層20的厚度為50nm-2000nm。由此注入離子后在犧牲層20的下方形成的電荷補償層40能夠充分起到電荷補償作用，并且在功率器件反向偏置時電荷補償層能被完全耗盡，滿足不同功率器件的電荷補償要求。
[0032]如圖4所示，步驟2中，在犧牲層20上制作掩膜70，以形成場限環(huán)30 (參見圖7)的注入窗口 80。也就是，根據(jù)場限環(huán)30的溝環(huán)寬度來確定掩膜70之間的間距，并且掩膜70的寬度也是由欲形成的電荷補償層的寬度決定的。優(yōu)選地，采用光刻制作掩膜。采用光刻可以精確地控制掩膜的外形輪廓，提高了該工藝的精確性。進(jìn)一步地，步驟2中還形成主結(jié)50的注入窗口，以在步驟5中還同時形成主結(jié)50。從而主結(jié)50與場限環(huán)30以及電荷補償層40能夠同時形成，簡化了碳化硅功率器件結(jié)終端的制造工藝，降低了制造成本。
[0033]如圖5所示，步驟3包括刻蝕犧牲層20的未被掩膜70覆蓋的部分。由此使得犧牲層20不妨礙后續(xù)工藝中場限環(huán)30的形成。作為優(yōu)選的實施例，采用干法刻蝕，由于干法刻蝕可直接利用光阻作阻絕遮幕，并且能兼顧邊緣側(cè)向極微的侵蝕以及高蝕刻率的優(yōu)點。
[0034]如圖6所示，步驟4中，去除掩膜70。去除的方法可依據(jù)掩膜70的材料性質(zhì)決定。例如可采用濕法腐蝕的方法，由于濕法腐蝕的速率快、各向異性差、成本低，由此使得去除掩膜的工藝速度，降低結(jié)終端制造成本。
[0035]步驟5:注入離子，以同時形成場限環(huán)30以及位于犧牲層20下方的電荷補償層40。在一個優(yōu)選的實施例中，采用高溫注入離子能夠較好的控制注入的缺陷，保證外延層10厚度均勻。通常外延層與襯底的導(dǎo)電類型一致，而主結(jié)與場限環(huán)的導(dǎo)電類型與其相反，由于電荷補償層與場限環(huán)同時形成，其導(dǎo)電類型采用與場限環(huán)相同的導(dǎo)電類型，能夠減少外延層10表面電荷的集中，提高碳化硅功率器件的耐壓能力。
[0036]作為優(yōu)選地，所述碳化硅功率器件結(jié)終端的制造方法還包括步驟6:去除犧牲層20 (該步驟未示出)。由于離子注入會帶來外延層10的結(jié)構(gòu)損傷，去除犧牲層20后可以對帶有電荷補償層40的結(jié)終端結(jié)構(gòu)進(jìn)行高溫退火或者其它處理，以優(yōu)化該結(jié)終端結(jié)構(gòu)。[0037]雖然已經(jīng)參考優(yōu)選實施例對本發(fā)明進(jìn)行了描述，但在不脫離本發(fā)明的范圍的情況下，可以對其進(jìn)行各種改進(jìn)并且可以用等效物替換其中的部件。本發(fā)明并不局限于文中公開的特定實施例，而是包括落入權(quán)利要求的范圍內(nèi)的所有技術(shù)方案。
【權(quán)利要求】
1.一種碳化硅功率器件結(jié)終端的制造方法，其特征在于，包括以下步驟: 步驟1:在外延層上形成犧牲層； 步驟2:在所述犧牲層上制作掩膜，以形成場限環(huán)的注入窗口 ； 步驟3:刻蝕所述犧牲層的未被所述掩膜覆蓋的部分； 步驟4:去除所述掩膜； 步驟5:注入離子，以同時形成所述場限環(huán)以及位于所述犧牲層下方的電荷補償層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的結(jié)終端的制造方法，其特征在于，還包括步驟6:去除所述犧牲層。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的結(jié)終端的制造方法，其特征在于，步驟I中淀積二氧化硅形成所述犧牲層。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項所述的結(jié)終端的制造方法，其特征在于，所述犧牲層的厚度為 50nm-2000nm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的結(jié)終端的制造方法，其特征在于，步驟2中還形成主結(jié)的注入窗口，以在步驟5中還同時形成所述主結(jié)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的結(jié)終端的制造方法，其特征在于，步驟2中采用光刻制作所述掩膜。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的結(jié)終端的制造方法，其特征在于，步驟3中采用干法刻蝕所述犧牲層的未被所述掩膜覆蓋的部分。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的結(jié)終端的制造方法，其特征在于，步驟4中采用濕法腐蝕去除所述掩膜。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的結(jié)終端的制造方法，其特征在于，步驟5中高溫注入所述離子。
【文檔編號】H01L21/04GK103824760SQ201410044255
【公開日】2014年5月28日 申請日期:2014年1月30日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月30日
【發(fā)明者】蔣華平, 劉可安, 吳煜東, 李誠瞻, 趙艷黎, 吳佳, 唐龍谷 申請人:株洲南車時代電氣股份有限公司