一种采用沟道注入的碳化硅超结肖特基二极管及制造方法技术

本发明专利技术涉及一种采用沟道注入的碳化硅超结肖特基二极管及制造方法，方法包括：提供碳化硅外延片；在第一掺杂类型外延层上依次制备离子注入阻挡层和光刻胶；曝光并显影离子注入区域的光刻胶形成刻蚀窗口，以剩余光刻胶为掩膜刻蚀刻蚀窗口暴露出的离子注入阻挡层，形成离子注入窗口；去除剩余光刻胶；以剩余离子注入阻挡层为掩膜，在离子注入窗口暴露出的第一掺杂类型外延层沿着目标晶向沟道进行第二掺杂类型的离子注入，形成第二掺杂类型阱区和第一掺杂类型阱区；去除剩余离子注入阻挡层；再次制备第一掺杂类型外延层并重复上述步骤，得到第二掺杂类型深阱柱和第一掺杂类型深阱柱。本发明专利技术可以减少超结结构外延工艺次数，降低制造成本。造成本。造成本。

【技术实现步骤摘要】
一种采用沟道注入的碳化硅超结肖特基二极管及制造方法


[0001]本专利技术属于半导体集成电路制造领域，具体涉及一种采用沟道注入的碳化硅超结肖特基二极管及制造方法。

技术介绍

[0002]碳化硅(SiC)作为第三代宽禁带半导体材料的典型代表，具有宽禁带宽度、高临界击穿场强、高热导率及高载流子饱和速率等特性。上述材料优势使得SiC功率半导体器件在新能源发电、高铁牵引设备、混合动力汽车等中高耐压等级应用领域具有广阔的发展前景。
[0003]SiC器件优化进步的重要方向之一是不断降低器件的比导通电阻。在器件结构方面，可以引入超级结(Super
‑
junction,SJ)结构来降低器件比导通电阻，进而降低电力电子系统功耗、提高能源效率。但是，由于SiC极其稳定的物理化学性质，其加工难度远大于Si，所以SiC SJ结构的制造工艺是其走向实际应用中的重要问题之一。
[0004]对于离子注入的沟道注入，在SJ器件的多次外延生长中，由于SiC比Si具有更大的密度，在同能量注入下，离子在SiC中能形成的注入深度会更小。比如在碳化硅超结肖特基二极管的制造工艺中，需要采用多次外延离子注入的方法实现一定的注入厚度，而外延次数越多，制造成本越大，所以目前需要解决的是减少外延次数。

技术实现思路

[0005]为了解决现有技术中存在的上述问题，本专利技术提供了一种采用沟道注入的碳化硅超结肖特基二极管及制造方法。本专利技术要解决的技术问题通过以下技术方案实现：
[0006]本专利技术实施例提供了一种采用沟道注入的碳化硅超结肖特基二极管制造方法，包括步骤：
[0007]S1、提供碳化硅外延片，其中，所述碳化硅外延片包括层叠的SiC N+衬底和第一掺杂类型外延层；
[0008]S2、在所述第一掺杂类型外延层上依次制备离子注入阻挡层和光刻胶；
[0009]S3、曝光并显影离子注入区域的所述光刻胶，形成刻蚀窗口，并以剩余光刻胶为掩膜刻蚀所述刻蚀窗口暴露出的离子注入阻挡层，形成离子注入窗口；
[0010]S4、去除剩余光刻胶；
[0011]S5、以剩余离子注入阻挡层为掩膜，在所述离子注入窗口暴露出的第一掺杂类型外延层沿着目标晶向沟道进行第二掺杂类型的离子注入，形成第二掺杂类型阱区，第二掺杂类型阱区之间的第一掺杂类型外延层为第一掺杂类型阱区；
[0012]S6、去除剩余离子注入阻挡层；
[0013]S7、在所述第一掺杂类型阱区上和所述第二掺杂类型阱区上再次制备第一掺杂类型外延层并重复步骤S2
‑
S6，重复若干次得到第二掺杂类型深阱柱和第一掺杂类型深阱柱。
[0014]在本专利技术的一个实施例中，所述第一掺杂类型外延层的材料包括N型SiC，所述第二掺杂类型为P型掺杂；
[0015]或者，所述第一掺杂类型外延层的材料包括P型SiC，所述第二掺杂类型为N型掺杂。
[0016]在本专利技术的一个实施例中，所述离子注入阻挡层的材料为SiO2，厚度为2μm。
[0017]在本专利技术的一个实施例中，步骤S3包括：所述剩余光刻胶和剩余离子注入阻挡层向离子注入方向错位，且错位距离大于0且小于或等于0.3μm。
[0018]在本专利技术的一个实施例中，所述目标晶向沟道包括沟道、[0001]沟道、沟道中的任一种。
[0019]在本专利技术的一个实施例中，当注入剂量小于或等于2
×
10
14
cm
‑2时，注入温度范围为常温到100℃；
[0020]当注入剂量大于2
×
10
14
cm
‑2且小于5
×
10
14
cm
‑2时，注入温度范围为常温到300℃；
[0021]当注入剂量大于或等5
×
10
14
cm
‑2时，注入温度范围为100℃～300℃。
[0022]在本专利技术的一个实施例中，当所述离子注入的能量范围为40keV～700keV、剂量范围为7
×
10
11
cm
‑2～4.8
×
10
12
cm
‑2时，注入温度为常温。
[0023]在本专利技术的一个实施例中，步骤S5之后还包括步骤：
[0024]S6、在所述第二掺杂类型深阱柱上制备第一欧姆接触电极，在第一掺杂类型深阱柱上制备肖特基接触电极，在所述SiC N+衬底的背面制备第二欧姆接触电极，得到碳化硅超结肖特基二极管。
[0025]本专利技术的另一个实施例提供了一种采用沟道注入的碳化硅超结肖特基二极管，由如上述实施例所述的制造方法制得。
[0026]与现有技术相比，本专利技术的有益效果：
[0027]本专利技术沿着目标晶向沟道进行离子注入，具有以下优势：第一，可以减少晶格损伤，改善器件的电学特性；第二，同一能量注入时沟道注入的峰值比普通注入的峰值深，可以在增大剂量的前提下，可以获得更深的注入深度，从而可以减少超结结构外延工艺次数，降低制造成本；第三，注入时可以使用常温注入或低于常规注入的温度，减少热成本；第四，外延次数减少，时间成本也随之减少。
附图说明
[0028]图1为本专利技术实施例提供的一种采用沟道注入的碳化硅超结肖特基二极管制造方法的流程示意图；
[0029]图2为本专利技术实施例提供的一种离子注入沟道效应示意图；
[0030]图3a
‑
图3g为本专利技术实施例提供的一种采用沟道注入的碳化硅超结肖特基二极管制造方法的工艺过程示意图；
[0031]图4为本专利技术实施例提供的沿沟道注入与常规注入的浓度分布对比图。
具体实施方式
[0032]下面结合具体实施例对本专利技术做进一步详细的描述，但本专利技术的实施方式不限于此。
[0033]实施例一
[0034]请参见图1，图1为本专利技术实施例提供的一种采用沟道注入的碳化硅超结肖特基二
极管制造方法的流程示意图。该制造方法包括步骤：
[0035]S1、提供碳化硅外延片，其中，碳化硅外延片包括层叠的SiC N+衬底1和第一掺杂类型外延层12；
[0036]S2、在第一掺杂类型外延层12上依次制备离子注入阻挡层13和光刻胶14；
[0037]S3、曝光并显影离子注入区域的光刻胶14，形成刻蚀窗口8，并以剩余光刻胶14为掩膜刻蚀所述刻蚀窗口8暴露出的离子注入阻挡层13，形成离子注入窗口9；
[0038]S4、去除剩余光刻胶14；
[0039]S5、以剩余离子注入阻挡层13为掩膜，在离子注入窗口9暴露出的第一掺杂类型外延层12沿着目标晶向沟道进行第二掺杂类型的离子注入，形成第二掺杂类型阱区16，第二掺杂类型阱区16之间的第一掺杂类型外延层12为第一掺杂类型阱区17；
[0040]S6、去除剩余离子注入阻挡层13；
[0041]S7、在第一掺杂类型阱本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种采用沟道注入的碳化硅超结肖特基二极管制造方法，其特征在于，包括步骤：S1、提供碳化硅外延片，其中，所述碳化硅外延片包括层叠的SiC N+衬底(1)和第一掺杂类型外延层(12)；S2、在所述第一掺杂类型外延层(12)上依次制备离子注入阻挡层(13)和光刻胶(14)；S3、曝光并显影离子注入区域的所述光刻胶(14)，形成刻蚀窗口(8)，并以剩余光刻胶(14)为掩膜刻蚀所述刻蚀窗口(8)暴露出的离子注入阻挡层(13)，形成离子注入窗口(9)；S4、去除剩余光刻胶(14)；S5、以剩余离子注入阻挡层(13)为掩膜，在所述离子注入窗口(9)暴露出的第一掺杂类型外延层(12)沿着目标晶向沟道进行第二掺杂类型的离子注入，形成第二掺杂类型阱区(16)，第二掺杂类型阱区(16)之间的第一掺杂类型外延层(12)为第一掺杂类型阱区(17)；S6、去除剩余离子注入阻挡层(13)；S7、在所述第一掺杂类型阱区(17)上和所述第二掺杂类型阱区(16)上再次制备第一掺杂类型外延层并重复步骤S2
‑
S6，重复若干次得到第二掺杂类型深阱柱(2)和第一掺杂类型深阱柱(3)。2.根据权利要求1所述的采用沟道注入的碳化硅超结肖特基二极管制造方法，其特征在于，所述第一掺杂类型外延层(12)的材料包括N型SiC，所述第二掺杂类型为P型掺杂；或者，所述第一掺杂类型外延层(12)的材料包括P型SiC，所述第二掺杂类型为N型掺杂。3.根据权利要求1所述的采用沟道注入的碳化硅超结肖特基二极管制造方法，其特征在于，所述离子注入阻挡层(13)的材料包括SiO2，厚度为2μm。4.根据权利要求1所述的采用沟道注入的碳化硅超结肖特基二极管制造方法，其特征在于，所述剩余光刻胶(14)和剩余离子注入阻挡层(13)向离子注入方向错位，且错位距离大于0且小于或等于0.3μm。5.根据权利要求1所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩超，姚彤，袁昊，宋庆文，白博仪，陶利，王东，吴勇，
申请(专利权)人：西安电子科技大学芜湖研究院，
类型：发明
国别省市：