一種碳化硅高壓mps二極管的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種碳化硅高壓MPS二極管的制造方法，其包括如下步驟：在n型外延材料上制作掩膜圖形層；刻蝕SiC，在沒有掩膜的地方刻蝕出SiC凹槽；進(jìn)行Al離子注入，在SiC凹槽處Al直接注入到了SiC內(nèi)，退火后形成摻雜；用HF酸或BOE腐蝕去掉掩膜，并對SiC表面進(jìn)行清洗；用熱氧化的方法生長一層薄的氧化層，再用HF或BOE腐蝕掉氧化層；放入外延爐中進(jìn)行p型二次外延生長；用CMP方法進(jìn)行拋光，把n層臺面上的p層全部去掉，并且也去掉部分的n層；背面淀積金屬，進(jìn)行快速退火形成歐姆接觸；在表面淀積金屬，形成肖特基接觸，并進(jìn)行光刻腐蝕形成圖形；淀積并形成電極金屬。本方法利用二次外延生長的特點(diǎn)和凹槽的形貌，解決凹槽填充的難題。
【專利說明】一種碳化硅高壓MPS 二極管的制造方法
[0001]
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本發(fā)明涉及一種碳化硅高壓MPS二極管的制造方法。
【背景技術(shù)】
[0003]肖特基二極管由于是單極型器件，比pn二極管具有更好的開關(guān)特性，能大幅度的降低工作時(shí)的損耗。寬禁帶半導(dǎo)體碳化硅的肖特基二極管可以做到耐壓3300V以上。但是純肖特基二極管或JBS二極管只是通過肖特基接觸導(dǎo)電，浪涌電流比較低。而SiC pin二極管具有非常好的抗浪涌電流能力，但是由于是雙極型器件，開關(guān)損耗比較大。
[0004]碳化硅MPS肖特基二極管兼具有肖特基二極管和Pin二極管的優(yōu)勢，器件的技術(shù)難點(diǎn)在于高能離子注入、高溫激活退火、和高質(zhì)量的P型導(dǎo)電層和P歐姆接觸等。由于碳化硅的晶體結(jié)構(gòu)，為了實(shí)現(xiàn)深的結(jié)深需要高的注入能量。這又給掩膜和注入設(shè)備提出了要求。同時(shí)用離子注入方法進(jìn)行摻雜會造成晶格的損傷，當(dāng)摻雜濃度高時(shí)無法用激活退火的方法進(jìn)行修復(fù)，因此，形成的P型導(dǎo)電層和高摻雜的P層的質(zhì)量非常差，影響浪涌條件下的空穴注入，從而影響浪涌電流。另一方面，離子注入的激活溫度需要1500°c以上，退火時(shí)表面易變粗糙而影響器件性能。
[0005]

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種碳化硅高壓MPS二極管的制造方法，該方法利用二次外延生長的特點(diǎn)和凹槽的形貌，解決凹槽填充的難題。
[0007]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
一種碳化硅高壓MPS 二極管的制造方法，所述制造方法包括如下步驟:
I)在η型外延材料上制作掩膜圖形層；
2 )刻蝕S i C，在沒有掩膜的地方刻蝕出S i C凹槽；
3)進(jìn)行Al離子注入，在所述SiC凹槽處Al直接注入到了SiC內(nèi)，退火后形成摻雜；
4)用HF酸或BOE腐蝕去掉掩膜，并對SiC表面進(jìn)行清洗；
5)用熱氧化的方法生長一層薄的氧化層，再用HF或BOE腐蝕掉氧化層；
6)放入外延爐中進(jìn)行P型二次外延生長；
7)用CMP方法進(jìn)行拋光，把η層臺面上的P層全部去掉，并且也去掉部分的η層；
8)背面淀積金屬，進(jìn)行快速退火形成歐姆接觸；
9)在表面淀積金屬，形成肖特基接觸，并進(jìn)行光刻腐蝕形成圖形；
10)淀積并形成電極金屬。
[0008]進(jìn)一步，步驟2)中所述SiC凹槽的深度為0.5um_lum。
[0009]進(jìn)一步，步驟3)中Al離子注入的能量小于等于200keV，注入的深度小于等于0.3μm;注入濃度在lE17cm—3_lE18cm—3之間。
[0010 ] 進(jìn)一步，步驟4 )中對S i C表面進(jìn)行清洗采用標(biāo)準(zhǔn)RCA清洗的方法。
[0011 ] 進(jìn)一步，步驟5)中所述氧化層的厚度為lOnm-lOOnm。
[0012]進(jìn)一步，步驟6)中二次外延生長的外延層摻雜濃度大于1E19cm—3，在所述SiC凹槽表面的一層重?fù)诫s，摻雜濃度大于5E19 cm—3。
[0013]本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn):
本申請采用刻蝕凹槽的方法形成深的pn結(jié)，降低對高能離子注入的要求。用CVD 二次外延的方法生長高質(zhì)量的P型導(dǎo)電層和高摻雜的P層，填充凹槽，并結(jié)合化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)的方法進(jìn)行平坦化，形成平面結(jié)構(gòu)。在用二次外延方法進(jìn)行生長和填充凹槽時(shí)，利用了二次外延生長的特點(diǎn)和凹槽的形貌，解決凹槽填充的難題。
[0014]
【附圖說明】
[0015]圖1為CVD方法填充凹槽時(shí)的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2為CVD方法填充凹槽時(shí)隨著頂部開口處的寬度越小，底部的生長速率越慢的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖3為CVD方法填充凹槽時(shí)隨著凹槽的傾角越大，頂部難形成閉合的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖4為本發(fā)明優(yōu)化凹槽的形貌以后的底部和頂部生長過程的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖5為本發(fā)明在η型外延材料上制作掩膜圖形層的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖6為本發(fā)明刻蝕SiC的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖7為本發(fā)明進(jìn)行Al離子注入的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖8為本發(fā)明用HF酸或BOE腐蝕去掉掩膜，并對SiC表面進(jìn)行清洗的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖9為本發(fā)明放入外延爐中進(jìn)行P型二次外延生長的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖10為本發(fā)明用CMP方法進(jìn)行拋光的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖11為本發(fā)明背面淀積金屬的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖12為本發(fā)明在表面淀積金屬，形成肖特基接觸，并進(jìn)行光刻腐蝕形成圖形的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖13為本發(fā)明淀積并形成電極金屬的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016]
【具體實(shí)施方式】
[0017]下面，參考附圖，對本發(fā)明進(jìn)行更全面的說明，附圖中示出了本發(fā)明的示例性實(shí)施例。然而，本發(fā)明可以體現(xiàn)為多種不同形式，并不應(yīng)理解為局限于這里敘述的示例性實(shí)施例。而是，提供這些實(shí)施例，從而使本發(fā)明全面和完整，并將本發(fā)明的范圍完全地傳達(dá)給本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員。
[0018]為了易于說明，在這里可以使用諸如“上”、“下”“左” “右”等空間相對術(shù)語，用于說明圖中示出的一個(gè)元件或特征相對于另一個(gè)元件或特征的關(guān)系。應(yīng)該理解的是，除了圖中示出的方位之外，空間術(shù)語意在于包括裝置在使用或操作中的不同方位。例如，如果圖中的裝置被倒置，被敘述為位于其他元件或特征“下”的元件將定位在其他元件或特征“上” O因此，示例性術(shù)語“下”可以包含上和下方位兩者。裝置可以以其他方式定位(旋轉(zhuǎn)90度或位于其他方位)，這里所用的空間相對說明可相應(yīng)地解釋。
[0019]本發(fā)明提供了一種碳化硅高壓MPS二極管的制造方法。其采用刻蝕凹槽的方法形成深的pn結(jié)，降低對高能離子注入的要求。用CVD 二次外延的方法生長高質(zhì)量的P型導(dǎo)電層和高摻雜的P層，填充凹槽，并結(jié)合化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)的方法進(jìn)行平坦化，形成平面結(jié)構(gòu)。在用二次外延方法進(jìn)行生長和填充凹槽時(shí)，利用了二次外延生長的特點(diǎn)和凹槽的形貌，解決凹槽填充的難題。
[0020]如圖1所示，用CVD方法填充凹槽時(shí)往往底部的生長厚度還沒達(dá)到原平臺高度，頂部就已經(jīng)密封在一起，形成了空洞。這是CVD生長原理所致。在凹槽底部工藝氣體含量比例少，反應(yīng)生成物不能有效抽走，因此生長淀積的速率就慢。凹槽越深、越垂直、寬度越小即深寬比越高底部生長速率越慢。從表面往凹槽底部，越深的地方，相對于表面的生長速率越小。另一方面，隨著頂部開口處的寬度越小，底部的生長速率越慢，如圖2所示。如對于寬度和深度都為Iym的垂直凹槽，底部生長300nm時(shí)，平臺上可能已經(jīng)生長了大于500nm，這樣在凹槽的頂部生長的材料可能已經(jīng)連接起來，而在凹槽內(nèi)形成了空洞。
[0021]如圖4所示，本發(fā)明根據(jù)凹槽底部和平臺上、以及不同深度處CVD外延生長的速率比，通過優(yōu)化凹槽的形貌(即凹槽的傾角和深寬比)，使底部的生長厚度達(dá)到或接近原平臺時(shí)，頂部的生長還沒連接在一起，或才剛剛連接。凹槽的傾角越大，則底部的生長速率也越高，越接近臺面的速率，同時(shí)頂部的寬度大了也越難形成閉合，如圖3所示。這樣后續(xù)進(jìn)行CMP拋光處理時(shí)只要過拋光掉原平臺一點(diǎn)厚度，就可以得到平整光滑的表面，而不會在原凹槽處留有凹坑。凹槽深度的選擇根據(jù)器件反向偏壓的要求，深寬比和凹槽的傾角根據(jù)CVD生長的速率比確定。如對于深度為0.8μπι的凹槽，可選凹槽底部寬度為0.6um，頂部寬度為1.2μmD
[0022]本發(fā)明的碳化硅高壓MPS二極管的制造方法包括如下步驟:
步驟一:如圖5所示，首先在η型外延材料上制作掩膜圖形(層)，掩膜材料可以用是介質(zhì)，厚度要滿足以下刻蝕和注入掩膜的要求，如可以是2μπι Si02。介質(zhì)掩膜的形貌如傾角可以通過刻蝕掩膜時(shí)的選擇比控制，需滿足下一步刻蝕SiC形貌的要求。
[0023]步驟二:如圖6所示，刻蝕SiC，沒有掩膜的地方刻蝕0.5um-lum深的SiC凹槽，并且掩膜也被刻蝕掉部分厚度，剩余掩膜的厚度要滿足后續(xù)離子注入阻擋的要求，如剩余Ιμπι。SiC凹槽的形貌可以由刻蝕工藝控制，根據(jù)S12掩膜的形貌及刻蝕選擇比決定了SiC凹槽的形貌。凹槽的形貌要求需滿足下一步SiC 二次外延填充凹槽的要求。
[0024]步驟三:如圖7所示，進(jìn)行Al離子注入。在沒有掩膜的凹槽處Al直接注入到了SiC內(nèi)，退火后形成摻雜。在有掩膜的地方，Al注入到了掩膜內(nèi)，被掩膜阻擋而無法注入到SiC內(nèi)。離子注入的能量小于等于200keV，注入的深度小于等于0.3μπι，如可以是0.1μπι-0.3μπι之間，濃度可以在lE17cm—3-lE18cm—3之間。離子注入的目的是為了在反向偏壓時(shí)更好的對導(dǎo)電溝道進(jìn)行屏蔽，提高擊穿電壓。
[0025]步驟四:如圖8所示，用HF酸或BOE腐蝕去掉掩膜，并對SiC表面進(jìn)行清洗，如用標(biāo)準(zhǔn)RCA清洗方法。
[0026]步驟五:進(jìn)行犧牲氧化工藝，用熱氧化的方法生長一層薄的氧化層，厚度可以是lOnm-lOOnm，再用HF或BOE腐蝕掉氧化層。主要目的是去除刻蝕后表面的損傷層和粗糙層。
[0027]步驟六:如圖9所示，放入外延爐中進(jìn)行p型二次外延生長。結(jié)合外延生長的工藝和前面控制的凹槽形貌，最終生長的P型層能夠完好的填充凹槽。外延層摻雜濃度大于1E19cm—3，在凹槽表面的一層約100_200nm為重?fù)诫s，摻雜濃度大于5E19 cm—3。
[0028]步驟七:如圖10所示，用CMP方法進(jìn)行拋光，把η層臺面上的P層全部去掉，并且也去掉部分的η層。這樣就得到了具有選擇性P摻雜的SiC材料。同時(shí)也完成了結(jié)終端結(jié)構(gòu)。當(dāng)然，結(jié)終端可以是其他的結(jié)構(gòu)形式，如結(jié)終端擴(kuò)展方式，設(shè)計(jì)制作方法為本領(lǐng)域工程師所熟知，這里不再說明。
[0029]步驟八:如圖11所示，背面淀積金屬，進(jìn)行快速退火形成歐姆接觸。如，淀積10nmNi，進(jìn)行1000 0C 2-5分鐘的快速退火。
[0030]步驟九:如圖12所示，在表面淀積金屬，形成肖特基接觸，并進(jìn)行光刻腐蝕形成圖形。進(jìn)行退火處理改善η型表面的肖特基接觸和在P型表面形成歐姆接觸。如，金屬材料可以是Ti，退火溫度為500°C。實(shí)驗(yàn)表明，Ti在500°C下和高摻雜的P型材料形成歐姆接觸。
[0031 ]步驟十:如圖13所示，接著就是常規(guī)的工藝流程，為本領(lǐng)域工程師所熟知。淀積并形成電極金屬，如Al，4-5μηι厚。淀積鈍化介質(zhì)，如Si02/SiN，厚度分別可以為300nm和300nmo并進(jìn)行圖形化和選擇刻蝕，露出電極的金屬。涂布聚酰亞胺，進(jìn)行圖形化，露出電極的金屬。進(jìn)行烘烤固化。最后，在背面淀積電極金屬，如TiNiAg，總厚度大于Ιμπι。
[0032]上面所述只是為了說明本發(fā)明，應(yīng)該理解為本發(fā)明并不局限于以上實(shí)施例，符合本發(fā)明思想的各種變通形式均在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種碳化硅高壓MPS二極管的制造方法，其特征在于，所述制造方法包括如下步驟: 1)在η型外延材料上制作掩膜圖形層； 2)刻蝕SiC，在沒有掩膜的地方刻蝕出SiC凹槽； 3 )進(jìn)行Al離子注入，在所述SiC凹槽處Al直接注入到了 SiC內(nèi)，退火后形成摻雜； 4)用HF酸或BOE腐蝕去掉掩膜，并對SiC表面進(jìn)行清洗； 5)用熱氧化的方法生長一層薄的氧化層，再用HF或BOE腐蝕掉氧化層； 6)放入外延爐中進(jìn)行P型二次外延生長； 7)用CMP方法進(jìn)行拋光，把η層臺面上的P層全部去掉，并且也去掉部分的η層； 8)背面淀積金屬，進(jìn)行快速退火形成歐姆接觸； 9)在表面淀積金屬，形成肖特基接觸，并進(jìn)行光刻腐蝕形成圖形； 10 )淀積并形成電極金屬。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳化硅高壓MPS二極管的制造方法，其特征在于，步驟2)中所述SiC凹槽的深度為0.5um_lum。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳化硅高壓MPS二極管的制造方法，其特征在于，步驟3)中Al離子注入的能量小于等于200keV，注入的深度小于等于0.3μπι;注入濃度在lE17cm—3_lE18cm—3 之間。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳化硅高壓MPS二極管的制造方法，其特征在于，步驟4)中對S i C表面進(jìn)行清洗米用標(biāo)準(zhǔn)RCA清洗的方法。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳化硅高壓MPS二極管的制造方法，其特征在于，步驟5)中所述氧化層的厚度為I Onm-1 OOnm。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳化硅高壓MPS二極管的制造方法，其特征在于，步驟6)中二次外延生長的外延層摻雜濃度大于1E19 cm—3，在所述SiC凹槽表面的一層重?fù)诫s，摻雜濃度大于5E19 cm—30
【文檔編號】H01L21/329GK105931950SQ201610275558
【公開日】2016年9月7日
【申請日】2016年4月29日
【發(fā)明人】倪煒江
【申請人】北京世紀(jì)金光半導(dǎo)體有限公司