一种碳化硅高压MPS二极管的制造方法技术

本发明专利技术公开了一种碳化硅高压MPS二极管的制造方法，其包括如下步骤：在n型外延材料上制作掩膜图形层；刻蚀SiC，在没有掩膜的地方刻蚀出SiC凹槽；进行Al离子注入，在SiC凹槽处Al直接注入到了SiC内，退火后形成掺杂；用HF酸或BOE腐蚀去掉掩膜，并对SiC表面进行清洗；用热氧化的方法生长一层薄的氧化层，再用HF或BOE腐蚀掉氧化层；放入外延炉中进行p型二次外延生长；用CMP方法进行抛光，把n层台面上的p层全部去掉，并且也去掉部分的n层；背面淀积金属，进行快速退火形成欧姆接触；在表面淀积金属，形成肖特基接触，并进行光刻腐蚀形成图形；淀积并形成电极金属。本方法利用二次外延生长的特点和凹槽的形貌，解决凹槽填充的难题。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种碳化硅高压MPS二极管的制造方法。
技术介绍
肖特基二极管由于是单极型器件，比pn二极管具有更好的开关特性，能大幅度的降低工作时的损耗。宽禁带半导体碳化硅的肖特基二极管可以做到耐压3300V以上。但是纯肖特基二极管或JBS二极管只是通过肖特基接触导电，浪涌电流比较低。而SiC pin二极管具有非常好的抗浪涌电流能力，但是由于是双极型器件，开关损耗比较大。碳化硅MPS肖特基二极管兼具有肖特基二极管和pin二极管的优势，器件的技术难点在于高能离子注入、高温激活退火、和高质量的p型导电层和p欧姆接触等。由于碳化硅的晶体结构，为了实现深的结深需要高的注入能量。这又给掩膜和注入设备提出了要求。同时用离子注入方法进行掺杂会造成晶格的损伤，当掺杂浓度高时无法用激活退火的方法进行修复，因此，形成的p型导电层和高掺杂的p层的质量非常差，影响浪涌条件下的空穴注入，从而影响浪涌电流。另一方面，离子注入的激活温度需要1500℃以上，退火时表面易变粗糙而影响器件性能。
技术实现思路
针对现有技术中存在的问题，本专利技术的目的在于提供一种碳化硅高压MPS二极管的制造方法，该方法利用二次外延生长的特点和凹槽的形貌，解决凹槽填充的难题。为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种碳化硅高压MPS二极管的制造方法，所述制造方法包括如下步骤：1）在n型外延材料上制作掩膜图形层；2）刻蚀SiC，在没有掩膜的地方刻蚀出SiC凹槽；3）进行Al离子注入，在所述SiC凹槽处Al直接注入到了SiC内，退火后形成掺杂；4）用HF酸或BOE腐蚀去掉掩膜，并对SiC表面进行清洗；5）用热氧化的方法生长一层薄的氧化层，再用HF或BOE腐蚀掉氧化层；6）放入外延炉中进行p型二次外延生长；7）用CMP方法进行抛光，把n层台面上的p层全部去掉，并且也去掉部分的n层；8）背面淀积金属，进行快速退火形成欧姆接触；9）在表面淀积金属，形成肖特基接触，并进行光刻腐蚀形成图形；10）淀积并形成电极金属。进一步，步骤2）中所述SiC凹槽的深度为0.5um-1um。进一步，步骤3）中Al离子注入的能量小于等于200keV，注入的深度小于等于0.3μm；注入浓度在1E17cm-3-1E18cm-3之间。进一步，步骤4）中对SiC表面进行清洗采用标准RCA清洗的方法。进一步，步骤5）中所述氧化层的厚度为10nm-100nm。进一步，步骤6）中二次外延生长的外延层掺杂浓度大于1E19 cm-3,在所述SiC凹槽表面的一层重掺杂，掺杂浓度大于5E19 cm-3。本专利技术具有以下优点：本申请采用刻蚀凹槽的方法形成深的pn结，降低对高能离子注入的要求。用CVD二次外延的方法生长高质量的p型导电层和高掺杂的p层，填充凹槽，并结合化学机械抛光（CMP）的方法进行平坦化，形成平面结构。在用二次外延方法进行生长和填充凹槽时，利用了二次外延生长的特点和凹槽的形貌，解决凹槽填充的难题。附图说明图1为CVD方法填充凹槽时的结构示意图；图2为CVD方法填充凹槽时随着顶部开口处的宽度越小，底部的生长速率越慢的结构示意图；图3为CVD方法填充凹槽时随着凹槽的倾角越大，顶部难形成闭合的结构示意图；图4为本专利技术优化凹槽的形貌以后的底部和顶部生长过程的结构示意图；图5为本专利技术在n型外延材料上制作掩膜图形层的结构示意图；图6为本专利技术刻蚀SiC的结构示意图；图7为本专利技术进行Al离子注入的结构示意图；图8为本专利技术用HF酸或BOE腐蚀去掉掩膜，并对SiC表面进行清洗的结构示意图；图9为本专利技术放入外延炉中进行p型二次外延生长的结构示意图；图10为本专利技术用CMP方法进行抛光的结构示意图；图11为本专利技术背面淀积金属的结构示意图；图12为本专利技术在表面淀积金属，形成肖特基接触，并进行光刻腐蚀形成图形的结构示意图；图13为本专利技术淀积并形成电极金属的结构示意图。具体实施方式下面，参考附图，对本专利技术进行更全面的说明，附图中示出了本专利技术的示例性实施例。然而，本专利技术可以体现为多种不同形式，并不应理解为局限于这里叙述的示例性实施例。而是，提供这些实施例，从而使本专利技术全面和完整，并将本专利技术的范围完全地传达给本领域的普通技术人员。为了易于说明，在这里可以使用诸如“上”、“下”“左”“右”等空间相对术语，用于说明图中示出的一个元件或特征相对于另一个元件或特征的关系。应该理解的是，除了图中示出的方位之外，空间术语意在于包括装置在使用或操作中的不同方位。例如，如果图中的装置被倒置，被叙述为位于其他元件或特征“下”的元件将定位在其他元件或特征“上”。因此，示例性术语“下”可以包含上和下方位两者。装置可以以其他方式定位（旋转90度或位于其他方位），这里所用的空间相对说明可相应地解释。本专利技术提供了一种碳化硅高压MPS二极管的制造方法。其采用刻蚀凹槽的方法形成深的pn结，降低对高能离子注入的要求。用CVD二次外延的方法生长高质量的p型导电层和高掺杂的p层，填充凹槽，并结合化学机械抛光（CMP）的方法进行平坦化，形成平面结构。在用二次外延方法进行生长和填充凹槽时，利用了二次外延生长的特点和凹槽的形貌，解决凹槽填充的难题。如图1所示，用CVD方法填充凹槽时往往底部的生长厚度还没达到原平台高度,顶部就已经密封在一起，形成了空洞。这是CVD生长原理所致。在凹槽底部工艺气体含量比例少，反应生成物不能有效抽走，因此生长淀积的速率就慢。凹槽越深、越垂直、宽度越小即深宽比越高底部生长速率越慢。从表面往凹槽底部，越深的地方，相对于表面的生长速率越小。另一方面，随着顶部开口处的宽度越小，底部的生长速率越慢，如图2所示。如对于宽度和深度都为1μm的垂直凹槽，底部生长300nm时，平台上可能已经生长了大于500nm，这样在凹槽的顶部生长的材料可能已经连接起来，而在凹槽内形成了空洞。如图4所示，本专利技术根据凹槽底部和平台上、以及不同深度处CVD外延生长的速率比，通过优化凹槽的形貌（即凹槽的倾角和深宽比），使底部的生长厚度达到或接近原平台时，顶部的生长还没连接在一起，或才刚刚连接。凹槽的倾角越大，则底部的生长速率也越高，越接近台面的速率，同时顶部的宽度大了也越难形成闭合，如图3所示。这样后续进行CMP抛光处理时只要过抛光掉原平台一点厚度，就可以得到平整光滑的表面，而不会在原凹槽处留有凹坑。凹槽深度的选择根据器件反向偏压的要求，深宽比和凹槽的倾角根据CVD生长的速率比确定。如对于深度为0.8μm的凹槽，可选凹槽底部宽度为0.6um，顶部宽度为1.2μm。本专利技术的碳化硅高压MPS二极管的制造方法包括如下步骤：步骤一：如图5所示，首先在n型外延材料上制作掩膜图形（层），掩膜材料可以用是介质，厚度要满足以下刻蚀和注入掩膜的要求，如可以是2μm SiO2。介质掩膜的形貌如倾角可以通过刻蚀掩膜时的选择比控制，需满足下一步刻蚀SiC形貌的要求。步骤二：如图6所示，刻蚀SiC，没有掩膜的地方刻蚀0.5um-1um深的SiC凹槽，并且掩膜也被刻蚀掉部分厚度，剩余掩膜的厚度要满足后续离子注入阻挡的要求，如剩余1μm。SiC凹槽的形貌可以由刻蚀工艺控制，根据SiO2掩膜的形貌及刻蚀选择比决定了SiC凹槽的形貌。凹槽的形貌要求需满足下一步SiC二次外延填充凹槽的要求。步骤三：如图7所示，进行本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种碳化硅高压MPS二极管的制造方法，其特征在于，所述制造方法包括如下步骤：1）在n型外延材料上制作掩膜图形层；2）刻蚀SiC，在没有掩膜的地方刻蚀出SiC凹槽；3）进行Al离子注入，在所述SiC凹槽处Al直接注入到了SiC内，退火后形成掺杂；4）用HF酸或BOE腐蚀去掉掩膜，并对SiC表面进行清洗；5）用热氧化的方法生长一层薄的氧化层，再用HF或BOE腐蚀掉氧化层；6）放入外延炉中进行p型二次外延生长；7）用CMP方法进行抛光，把n层台面上的p层全部去掉，并且也去掉部分的n层；8）背面淀积金属，进行快速退火形成欧姆接触；9）在表面淀积金属，形成肖特基接触，并进行光刻腐蚀形成图形；10）淀积并形成电极金属。

【技术特征摘要】
1.一种碳化硅高压MPS二极管的制造方法，其特征在于，所述制造方法包括如下步骤：1）在n型外延材料上制作掩膜图形层；2）刻蚀SiC，在没有掩膜的地方刻蚀出SiC凹槽；3）进行Al离子注入，在所述SiC凹槽处Al直接注入到了SiC内，退火后形成掺杂；4）用HF酸或BOE腐蚀去掉掩膜，并对SiC表面进行清洗；5）用热氧化的方法生长一层薄的氧化层，再用HF或BOE腐蚀掉氧化层；6）放入外延炉中进行p型二次外延生长；7）用CMP方法进行抛光，把n层台面上的p层全部去掉，并且也去掉部分的n层；8）背面淀积金属，进行快速退火形成欧姆接触；9）在表面淀积金属，形成肖特基接触，并进行光刻腐蚀形成图形；10）淀积并形成电极金属。2.根据权利要求1所述的碳化硅高压MPS二极管的制造方法，其特征在于，步骤...

【专利技术属性】
技术研发人员：倪炜江，
申请(专利权)人：北京世纪金光半导体有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11