一种碳化硅PiN二极管的结终端结构的制造方法技术

本发明专利技术公开了一种碳化硅PiN二极管的结终端结构的制造方法，首先在晶圆上生长衬垫氧化层和衬垫氮化硅；然后利用光刻和腐蚀工艺定义需要生长氧化层的区域；再利用衬垫氧化层和衬垫氮化硅作为阻挡层生长氧化层；组后通过湿法腐蚀的方式去除衬垫氮化硅和衬垫氧化硅，留下所需要的氧化层。通过这种方法能够避免在获得碳化硅PiN二极管的结终端结构的过程中由于刻蚀造成的损伤，通过由于进行了氧化，提高了载流子的寿命，从而改善了器件的性能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体器件制造领域，特别是涉及一种碳化硅PiN二极管的结终端结构的制造方法。
技术介绍
近年来，随着微电子技术的不断进步，Si基电力电子器件发展迅速，其性能已经有了飞跃式的进步。但是对于高温、高湿度等恶劣环境的应用却一直是Si基器件无法突破的瓶颈。SiC作为一种宽禁带半导体材料，具有禁带宽度大、击穿电场高、饱和电子漂移速率高、热导率高等优异的物理特性，SiC电力电子器件在减小通态损耗和开关损耗、提高系统效率的同时也使器件在高温、高湿度等恶劣环境中的应用更为可靠，这也是传统的Si基器件无法实现的。而SiC PiN二极管更是以其具有较高的击穿电压，较低的正向导通电阻而著称。高压碳化硅(SiC)器件能够承受高于600V或更高的电压。而器件的电流则取决于它们的有效面积。高压SiC器件具有许多重要的应用，特别是在功率调节、分布及控制的领域中。已经使用碳化硅来制作高压半导体器件，例如肖特基二极管、PiN二极管、金属-氧化物-半导体场效应晶体管(MOSFET)、晶闸管(GTO)、绝缘栅极型双极晶体管(IGBT)、双极型晶体管(BJT)等。器件的尺寸一般有限，器件通过切割圆片做成芯片来封装。利用金刚石刀片来切割圆片，这个过程会对晶格造成严重的损伤。对于功率器件，如果切割穿过了承受高压的PN结，晶格损伤会引起很大的漏电流，导致击穿电压和长期稳定性的降低。这个问题可以通过在功率器件的边缘设置特殊的结终端来解决，使高压结的耗尽区不与有损伤存在的切割线相交。另一种控制和保持高击穿电压的方法是改变器件边缘表面的形貌。最早的改变边缘形貌的方法是台面刻蚀。之后是对高压整流器和晶闸管保持高击穿电压非常有效的圆片磨斜角。而现
在的高压器件则是将特殊的结终端结构和台面结构两种结构结合起来，形成复合的结终端结构，应用于实际生产当中。由于电场集中效应，实际制作的半导体器件的击穿位置从理想PN结的平行平面处转移到边缘拐角处，会降低器件的击穿电压。所以需要设置特殊的边缘终端结构，以提高器件的实际击穿电压。耐压终端结构一般有场限环(FLR，Field limting ring)、结终端扩展(JTE,Junction terminal extension)、台面(mesa)等多种形式，也有其中两种或两种以上的组合形式出现。台面结构应用普遍，利用刻蚀等工艺，将主结边沿刻蚀成台面的形状，其工作原理是通过改变结沿的形貌，缓解表面电场分布集中现象，提高器件的击穿电压。下面简要介绍这些耐压终端结构：(1)、场限环(FLR)如图1所示，其中，SBD为肖特基势垒二极管(Schottky Barrier Diode)，场限环的制作工艺简单，与主结一起扩散形成。一般而言，击穿电压随着环的个数的增加而增加，但不是线性增加。环数越多，器件的面积也就越大。因此在设计时，需要对此折中考虑。(2)、结终端扩展(JTE)结构如图2所示的结终端扩展结构，主要优点是工艺实现简单，且具有较小的器件面积(与保护环相比)；缺点是增加了主结的面积，使反向漏电流及结电容增大。同时该结构对界面电荷相当敏感，对表面钝化层质量要求很高，工艺可重复性差，不适用工业量产。(3)、台面结构(mesa)台面结构(如图3所示)的主要优点是易于实现，台面结构属于截断型终端的一种。Si基大功率器件采用边缘磨角工艺，而SiC由于具有良好的耐磨性，SiC器件只能采用干法刻蚀工艺。场限环和结终端扩展结构都存在一定的局限性：1)随着器件的反向耐压越大，场限环所占用的芯片面积比例增大，变相地增加器件的成本；2)结终端扩展结构要求精确控制JTE区域的离子注入剂量，这增加了工艺的难度。相比之下，台面结构易于实现的优点更为凸显。
目前所采用的台面结构简图如图3、4、5和6所示。其中，图4为The Kansai Electric&Central Reasearch Institution of Electrical Power Industry公司的Koji Nakayama等人的美国专利“Silicon caribide semiconductor device and manufacturing method therefor”(专利号US 7,768,017)中，采用干法刻蚀形成台面。刻蚀工艺参数如下：掩膜刻蚀方式刻蚀气体功率压强台面高度SiO2，10μmRIECF4+O2260W5pa2.5μm图5为Central Reasearch Institution of Electrical Power Industry公司的Ryosuke Ishii等人的美国专利“Silicon carbide zener diode”(专利号US 8,093,599)中也采用干法刻蚀工艺实现台面结构。图6为Central Reasearch Institution of Electrical Power Industry公司Toshiyuki Miyanagi等人的美国专利“Process for producing silicon carbide semiconductor device”(专利号US 8,367,510)中也采用干法刻蚀工艺实现台面结构，Ni作为刻蚀掩膜。由于SiC材料的高硬度及稳定的化学性质，普通的湿法刻蚀无法获得可行的刻蚀速率。目前，常采用的SiC刻蚀方法多为等离子体干法刻蚀。但是刻蚀时等离子体轰击晶圆表面必造成损伤，同时还会引入污染。以上两点则会引起器件电学性能的严重退化。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种碳化硅PiN二极管的结终端结构的制造方法，避免由于刻蚀造成的损伤。为解决上述技术问题，本专利技术实施例提供了一种碳化硅PiN二极管的结终端结构的制造方法，包括：在碳化硅上淀积衬垫氧化层，并在所述衬底氧化层上淀积衬垫氮化硅层，作为阻挡层；在所述氮化硅层上涂覆光刻胶，通过光刻将预制的第一光刻板的图形转移到所述氮化硅层上；刻蚀所述阻挡层；对刻蚀后的所述阻挡层进行氧化；湿法腐蚀去除所述衬垫氮化硅层、衬垫氧化层，形成台面。其中，所述淀积衬垫氧化层的条件为：400sccm的SiH4，800sccm的N2O，750sccm的N2，腔体压强为900mtorr，温度在140℃～300℃之间。其中，淀积所述衬垫氮化硅层的条件为：400sccm的SiH4，400sccm的NH3，400sccm的N2，腔体压强为700mtorr，温度范围为300℃～400℃。其中，所述刻蚀所述阻挡层为湿法刻蚀所述阻挡层或干法刻蚀所述阻挡层，包括：使用热磷酸在160℃下浸泡，去除所述氮化硅衬底垫层；使用缓冲氧化硅腐蚀液在25℃下浸泡，去除所述衬垫氧化硅层，所述缓冲氧化硅腐蚀液为NH4F和HF的混合液，NH4F和HF的体积比为7:1。其中，所述刻蚀所述阻挡层为干法刻蚀所述阻挡层，所述干法刻蚀阻挡层为反应离子刻蚀阻挡层、电子回旋加速刻蚀阻挡层或ICP刻蚀阻挡层。其中，所述刻蚀所述阻挡层为ICP刻蚀阻挡层，包括：刻蚀气体为气体流量为5sccm的CHF3和气体流量为5sccm的SF6，腔室压强为0.6Pa，源功率为150W，偏压功率为20W，电极温度为20℃；所述使用ICP刻蚀所述阻挡层中的衬垫氧化层，包括：刻本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种碳化硅PiN二极管的结终端结构的制造方法，其特征在于，包括：在碳化硅上淀积衬垫氧化层，并在所述衬底氧化层上淀积衬垫氮化硅层，作为阻挡层；在所述氮化硅层上涂覆光刻胶，通过光刻将预制的第一光刻板的图形转移到所述氮化硅层上；刻蚀所述阻挡层；对刻蚀后的所述阻挡层进行氧化；湿法腐蚀去除所述衬垫氮化硅层、衬垫氧化层，形成台面。

【技术特征摘要】
1.一种碳化硅PiN二极管的结终端结构的制造方法，其特征在于，包括：在碳化硅上淀积衬垫氧化层，并在所述衬底氧化层上淀积衬垫氮化硅层，作为阻挡层；在所述氮化硅层上涂覆光刻胶，通过光刻将预制的第一光刻板的图形转移到所述氮化硅层上；刻蚀所述阻挡层；对刻蚀后的所述阻挡层进行氧化；湿法腐蚀去除所述衬垫氮化硅层、衬垫氧化层，形成台面。2.如权利要求1所述的结终端结构的制造方法，其特征在于，所述淀积衬垫氧化层的条件为：400sccm的SiH4，800sccm的N2O，750sccm的N2，腔体压强为900mtorr，温度在140℃～300℃之间。3.如权利要求1或2所述的结终端结构的制造方法，其特征在于，淀积所述衬垫氮化硅层的条件为：400sccm的SiH4，400sccm的NH3，400sccm的N2，腔体压强为700mtorr，温度范围为300℃～400℃。4.如权利要求3所述的结终端结构的制造方法，其特征在于，所述刻蚀所述阻挡层为湿法刻蚀所述阻挡层或干法刻蚀所述阻挡层，包括：使用热磷酸在160℃下浸泡，去除所述氮化硅衬底垫层；使用缓冲氧化硅腐蚀液在25℃下浸泡，去除所述衬垫氧化硅层，所述缓冲氧化硅腐蚀液为NH4F和HF的混合液，NH4F和HF的体积比为7:1。5.如权利要求3所述的结终端结构的制造方法，其特征在于，所述刻蚀所述阻挡层为干法刻蚀所述阻挡层，所述干法刻蚀阻挡层为反应离子刻蚀阻挡层、电子回旋加速刻蚀阻挡层或ICP刻蚀阻挡层。6.如权利要求5所述的结终端结构的制造方法，其特征在于，所述刻蚀所述阻挡层为ICP刻蚀阻挡层，包括：刻蚀气体为气体流量为5...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴佳，李诚瞻，史晶晶，高云斌，周正东，刘国友，彭勇殿，
申请(专利权)人：株洲中车时代电气股份有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南;43