一种SiC器件的横向变掺杂结终端结构制作方法技术

本发明专利技术公开了半导体器件领域内的一种SiC器件的横向变掺杂结终端结构制作方法，包括如下步骤：1）清洗SiC半导体器件；2）在所述SiC器件表面淀积介质层SiO2；3）光刻定义介质层SiO2，光刻胶中间形成有开口，作为后续刻蚀介质层的掩膜；4）湿法刻蚀介质层SiO2，利用湿法刻蚀的各向同性刻蚀特性，形成自所述开口向两侧厚度逐渐增加的斜坡结构，作为后续离子注入的阻挡层；5）去掉光刻胶；6）通过掩蔽层高温Al离子注入形成P型掺杂，形成结深从器件内部向外逐渐降低的横向变掺杂的结终端扩展结构，本发明专利技术简化了器件制备工艺，在有效提高器件击穿电压的同时降低了工艺难度和工艺成本，可用于电力电子系统中。

【技术实现步骤摘要】
一种SiC器件的横向变掺杂结终端结构制作方法
本专利技术涉及一种半导体器件，特别涉及一种半导体器件制作方法。
技术介绍
电力电子技术是利用如晶闸管、GTO、IGBT等电力电子器件对电能进行变换和控制的一门电子技术，在当今能源开发和利用中发挥着举足轻重的作用。当前，传统的硅基电力电子器件的性能指标水平基本上维持在109-1010W•Hz，已逼近了硅材料因寄生二极管制约而能达到的极限。为了突破目前的器件极限，一般选择采用宽能带间隙材料制作的半导体器件，如碳化硅（SiC）或氮化镓（GaN）器件。碳化硅材料具有优良的物理和电学特性，以其宽的禁带宽度、高的热导率、大的饱和漂移速度和高的临界击穿电场等独特优点，成为制作大功率、高频、耐高温、抗辐射器件的理想半导体材料。碳化硅电力电子器件的击穿电压可达到硅器件的十倍，而导通电阻仅为硅器件的数十分之一，开关速度快，热导率高，电能转换损耗小，散热系统简单，最终使整个系统的体积和重量显著降低。以SiC材料制备的电力电子器件已成为目前半导体领域的热点器件和前沿研究领域之一，是电力电子技术最为重要的发展方向，在军事和民用领域具有重要的应用前景。在电力电子系统中，电力电子器件的特性对系统性能的实现和改善起着至关重要的作用。由于器件的击穿电压在很大程度上取决于结曲率引起的边缘强电场，因此为了缓解表面终止的结边缘处的电场集中，提高器件的实际击穿电压，需要对器件进行结终端结构的设计。结终端结构主要包括场板（FP）、场限环（FLR）、结终端延伸（JTE）等。在平面结终端技术中，场板技术对耐压的提升有限，不能达到耐压要求；场限环技术能达到耐压要求，但是其对环间距太过敏感，器件设计和工艺难度大；JTE的击穿效率最高，在SiC电力电子器件结构中具有非常广泛的应用。在SiC器件结终端结构的制备中，P型JTE区存在一个优值浓度，该优值浓度与N-漂移层的浓度有关，一般为1017cm-3数量级，标记为P-区。单区JTE中具有一个非常典型的矛盾关系：当JTE剂量很高时，会在JTE边缘处形成一个新的电场尖峰，使得器件在这里发生击穿；当JTE剂量过低时，又会削弱对主结边缘的保护，使得器件在此处击穿。解决这对矛盾关系的方法就是采用多区的JTE结构。多区的JTE不再具有统一的剂量，而是在靠近主结处剂量高，以增强其对主结的保护；在远离主结端，剂量低，以降低此处的尖峰电场。即使通过多区结终端扩展技术可以降低器件击穿电压对JTE浓度的敏感性，但在器件制备过程中，同样需要两次及以上的不同剂量的Al离子注入来形成多个结终端延伸区域，这也增加了工艺的复杂度，从而增加制作成本。因此，需要提供一种SiC器件结终端结构制作方法，在提高器件的击穿电压的同时简化工艺流程，降低工艺难度和工艺成本。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种SiC器件的横向变掺杂结终端结构制作方法，利用湿法刻蚀的各向同性刻蚀特性，形成具有坡度的离子注入掩蔽层，因为厚度不同的阻挡层对注入离子的阻挡作用不同，离子注入后便可形成具有横向变掺杂的结终端扩展结构，采用一次Al离子注入便可以形成横向变掺杂的P-结终端扩展结构，既起到了和多区JTE相同的性能效果，又避免了多区JTE制作中的多次Al离子注入，简化了器件制备工艺，在有效提高器件击穿电压的同时降低了工艺难度和工艺成本。本专利技术的目的是这样实现的：一种SiC器件的横向变掺杂结终端结构制作方法，包括如下步骤：1）清洗SiC半导体器件；2）在所述SiC器件表面淀积介质层SiO2；3）光刻定义介质层SiO2，光刻胶中间形成有开口，作为后续刻蚀介质层的掩膜；4）湿法刻蚀介质层SiO2，利用湿法刻蚀的各向同性刻蚀特性，形成自所述开口向两侧厚度逐渐增加的斜坡结构，作为后续离子注入的阻挡层；5）去掉光刻胶；6）通过掩蔽层高温Al离子注入形成P型掺杂，形成结深从器件内部向外逐渐降低的横向变掺杂的结终端扩展结构。作为本专利技术的进一步限定，所述P-结终端扩展结构的掺杂浓度小于或等于1.0×1018cm-3。作为本专利技术的进一步限定，所述P-结终端扩展结构的结深从器件内部向外均匀降低。作为本专利技术的进一步限定，所述P-结终端扩展结构的结深从器件内部向外由0.5μm逐渐降为0。作为本专利技术的进一步限定，所述SiO2介质层倾角范围为2°～45°，可以通过控制介质层的厚度、致密度以及湿法刻蚀时间来控制倾角。作为本专利技术的进一步限定，所述湿法刻蚀以氢氟酸溶液或者氢氟酸和氟化铵的混合液为主要刻蚀溶液。作为本专利技术的进一步限定，所述湿法刻蚀时间为1分钟-30分钟。作为本专利技术的进一步限定，所述Al离子注入包括：在300～500℃温度下进行不同能量和剂量组合的Al离子注入，注入能量范围为：10～700KeV，注入剂量范围为1×1013～1×1015cm-2；在1500℃~1700℃温度范围内，氩气环境中进行10～30min的Al离子激活退火，获得P-结终端扩展结构。与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：本专利技术利用湿法刻蚀的各向同性刻蚀特性，形成具有一定坡度的离子注入掩蔽层，通过掩蔽层进行离子注入，因为厚度不同的阻挡层对注入离子的阻挡作用不同，从而形成横向变掺杂的结终端扩展结构，在本专利技术中，采用一次Al离子注入便可以形成具有横向变掺杂的P-结终端扩展结构，既起到了和多区JTE相同的效果，又避免了多区JTE制作中的多次Al离子注入，简化了器件制备工艺，在有效提高器件击穿电压的同时降低了工艺难度和工艺成本。本专利技术可用于电力电子系统中。附图说明图1示出带有横向变掺杂结终端扩展结构的SiC器件剖面示意图。图2示出SiC器件的结构示意图。图3示出器件表面淀积SiO2的结构示意图。图4示出SiO2表面涂覆光刻胶并光刻后的示意图。图5示出以光刻胶作为刻蚀掩膜，对介质层SiO2进行湿法刻蚀后示意图。图6为器件表面剩余具有斜坡状的介质层SiO2示意图图7示出以介质层SiO2为掩膜进行离子注入后表面所形成的横向变掺杂P-结终端扩展结构的剖面示意图。图8为实施例中SiC器件中横向变掺杂结终端扩展结构的制作流程图。具体实施方式为了更清楚地说明本专利技术，下面结合优选实施例和附图对本专利技术做进一步的说明。附图中相似的部件以相同的附图标记进行表示。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本专利技术的保护范围。针对单区JTE结构对掺杂参数过于敏感以及采用多次不同剂量的Al离子注入形成多区的P--JTE区时工艺难度和工艺成本相对较高的问题，本专利技术采用横向变掺杂的JTE结构，并且可利用一次Al离子注入便可以形成结深渐变的横向变掺杂P--JTE结构。本专利技术的目的在于提供一种SiC半导体器件的横向变掺杂结终端结构制作方法。为达到上述目的，本专利技术采用下述技术方案：如图8所示，一种SiC器件的横向变掺杂结终端结构制作方法，包括如下步骤：清洗SiC半导体器件；在所述SiC器件表面淀积介质层SiO2；光刻定义介质层SiO2，光刻胶中间形成有开口，作为后续刻蚀介质层的掩膜；湿法刻蚀介质层SiO2，利用湿法刻蚀的各向同性刻蚀特性，形成自所述开口向两侧厚度逐渐增加的斜坡结构，作为后续离子注入的阻挡层；去掉光刻胶；通过掩蔽层高温Al离子注入形成P型掺杂，形成结深从器件内部向外逐渐降本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种SiC器件的横向变掺杂结终端结构制作方法，其特征在于，包括如下步骤：1）清洗SiC半导体器件；2）在所述SiC器件表面淀积介质层SiO2；3）光刻定义介质层SiO2，光刻胶中间形成有开口，作为后续刻蚀介质层的掩膜；4）湿法刻蚀介质层SiO2，利用湿法刻蚀的各向同性刻蚀特性，形成自所述开口向两侧厚度逐渐增加的斜坡结构，作为后续离子注入的阻挡层；5）去掉光刻胶；6）通过掩蔽层高温Al离子注入形成P型掺杂，形成结深从器件内部向外逐渐降低的横向变掺杂的结终端扩展结构。

【技术特征摘要】
1.一种SiC器件的横向变掺杂结终端结构制作方法，其特征在于，包括如下步骤：1）清洗SiC半导体器件；2）在所述SiC器件表面淀积介质层SiO2；3）光刻定义介质层SiO2，光刻胶中间形成有开口，作为后续刻蚀介质层的掩膜；4）湿法刻蚀介质层SiO2，利用湿法刻蚀的各向同性刻蚀特性，形成自所述开口向两侧厚度逐渐增加的斜坡结构，作为后续离子注入的阻挡层；5）去掉光刻胶；6）通过掩蔽层高温Al离子注入形成P型掺杂，形成结深从器件内部向外逐渐降低的横向变掺杂的结终端扩展结构。2.根据权利要求1所述的一种SiC器件的横向变掺杂结终端结构制作方法，其特征在于，所述P-结终端扩展结构的掺杂浓度小于或等于1.0×1018cm-3。3.根据权利要求1所述的一种SiC器件的横向变掺杂结终端结构制作方法，其特征在于，所述P-结终端扩展结构的结深从器件内部向外均匀降低。4.根据权利要求1所述的一种SiC器件的横向变掺杂结终端结构制作方法，其特征在于，所述P-结终端扩展结...

【专利技术属性】
技术研发人员：蔺增金，孙茂友，周丽哲，朱继红，
申请(专利权)人：江苏矽导集成科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32