带有选择性截止层的碳化硅高温离子注入掩模的制造方法技术

本发明专利技术公开了一种带有选择性截止层的碳化硅高温离子注入掩模的制造方法，包括：清洗碳化硅衬底；在碳化硅衬底上采用热氧化的方法生长离子注入牺牲层薄膜；采用LPCVD方法在得到的离子注入牺牲层薄膜上生长用于控制刻蚀工艺的选择性截止层；采用外延或者生长的方法，在选择性截止层上形成绝缘介质掩蔽层；在绝缘介质掩蔽层上匀光刻胶，并光刻显影出选择性离子注入区域窗口；从选择性离子注入区域窗口对绝缘介质掩蔽层进行干法刻蚀或者腐蚀直至选择性截止层的表面；继续刻蚀或腐蚀直至离子注入牺牲层表面，并去掉光刻胶，获得超薄离子注入牺牲层薄膜。此种制作掩模的方法适用于碳化硅SBD、JBS二极管、MOSFET器件以及其他需要使用高温高能量离子注入的碳化硅器件。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及离子注入掩模制备技术和刻蚀/腐蚀
，具体涉及一种带有选择性截止层的碳化硅(SiC)高温离子注入掩模的制造方法。
技术介绍
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，成为制作高功率、高频、耐高温、抗辐射器件的理想半导体材料，在军事和民事方面具有广阔的应用前景。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。掩模技术是半导体制造中的重要工艺之一，它是进行选择性掺杂，保护退火的一种重要方法。引入离子注入牺牲层设计，见专利CN201110412636.3汤益丹等“多能离子注入实现阶梯状掺杂浓度分布的方法”，不仅可实现阶梯状掺杂浓度分布拐点处的陡直变化，还能减小离子注入造成的表面损伤，避免器件表面沾污，简化表面清洗工艺，从而降低工艺复杂度和不可控性。但是要获得注入区域所要求的低损伤、厚度薄、面内均一性好及可控性强的离子注入牺牲层薄膜，目前有两种方法:1)采用传统的先形成高温离子注入掩蔽层，再生长离子注入牺牲层的工艺方法。此方法不仅工艺复杂，而且形成的离子注入牺牲层薄膜，由于受厚介质离子注入掩蔽层的影响，面内均一性和可控性差，严重影响的选择性离子注入区域的掺杂分布，从而影响器件的击穿特性；2)采用热氧化方法先形成离子注入牺牲层，再淀积高温离子注入掩蔽层，通过刻蚀的方法，刻蚀至离子注入牺牲层表面。采用此种方法是可行的，但是刻蚀技术不好控制。湿法刻蚀速率较慢，且刻蚀呈各项同性，难以形成陡峭的刻蚀侧壁。干法刻蚀，通常使用ICP刻蚀的方法，可以形成陡峭的侧壁，但由于离子注入牺牲层非常薄，且与掩蔽层的刻蚀选择比不高，刻蚀过程中很容易发生过刻蚀现象，对器件表面造成损伤。
技术实现思路
(一 )要解决的技术问题有鉴于此，为获得碳化硅器件制造过程中离子注入区域所要求的低损伤、厚度薄、面内均一性好、可控性强的离子注入牺牲层薄膜，本专利技术提出了一种带有选择性截止层的碳化娃高温离子注入掩模的制造方法。( 二 )技术方案为达到上述目的，本专利技术提供了一种，包括:清洗碳化硅衬底；在碳化硅衬底上采用热氧化的方法生长离子注入牺牲层薄膜；采用LPCVD方法在得到的离子注入牺牲层薄膜上生长用于控制刻蚀工艺的选择性截止层；采用外延或者生长的方法，在选择性截止层上形成绝缘介质掩蔽层；在绝缘介质掩蔽层上匀光刻胶，并光刻显影出选择性离子注入区域窗口 ；从选择性离子注入区域窗口对绝缘介质掩蔽层进行干法刻蚀或者腐蚀直至选择性截止层的表面；继续刻蚀或腐蚀直至离子注入牺牲层表面，并去掉光刻胶，获得超薄离子注入牺牲层薄膜。优选地，所述清洗碳化硅衬底采用标准RCA清洗碳化硅衬底，并用N2吹干。优选地，所述在碳化硅衬底上采用热氧化的方法生长离子注入牺牲层薄膜是通过干氧或者湿氧其中一种方式实现的。使用湿氧来形成离子注入牺牲层薄膜时，热氧化温度为1050°C _1150°C，热氧化时间为30分钟?120分钟。使用干氧来形成离子注入牺牲层薄膜时，热氧化温度为1150°C _1250°C，热氧化时间为60分钟?150分钟。优选地，所述离子注入牺牲层薄膜采用的材料是与所述选择性截止层的刻蚀或腐蚀选择比高于10的任意材料，例如是SiO2或Si3N4。优选地，所述从选择性离子注入区域窗口对绝缘介质掩蔽层进行干法刻蚀或腐蚀，其中干法刻蚀使用的气体是CF4、C4F8, CHF3> SF6中的任意一种或任意多种的混合物，必要时还可以添加02、Ar等气体。优选地，所述选择性截止层是非晶硅或单晶硅中的一种。所述选择性截止层采用非晶硅，所述继续刻蚀或腐蚀以去除选择性截止层时，使用的刻蚀气体为HBrXl2中的一种或任意混合物，必要时还可以添加SF6或O2等气体。(三)有益效果本专利技术提供的一种，其有益效果在于:I)本专利技术提供的选择性高温离子注入掩模，具有良好的阻挡效果，不仅可以满足高温高能离子注入要求，且经过高温离子注入后容易去除，无残留，工艺简单，易于实现，优于金属掩蔽层，不影响器件性能；2)本专利技术提供的选择性截止层及刻蚀技术，不仅可以精确的对刻蚀面进行角度控制，且可以精确的控制选择性刻蚀截止位置。3)本专利技术提供的注入区域所要求的低损伤、厚度薄、面内均一性好及可控性强的离子注入牺牲层薄膜，不仅可实现阶梯状掺杂浓度分布拐点处的陡直变化，还能减小离子注入造成的表面损伤，避免器件表面沾污，简化表面清洗工艺，从而降低工艺复杂度和不可控性。4)本专利技术提供的在离子注入牺牲层与掩蔽层之间插入一层合适选择性截止层的方法，通过选择合适的选择性截止层材料和刻蚀技术，可以在规定的选择性区域精确的控制刻蚀截止位置，从而获得碳化硅器件制造过程中离子注入区域所要求的低损伤、厚度薄、面内均一性好、可控性强的离子注入牺牲层薄膜，提高器件击穿特性。5)此种制作掩模的方法适用于碳化硅SBD、JBS 二极管、MOSFET器件以及其他需要使用高温高能量离子注入的碳化硅器件。【附图说明】图1为本专利技术提供的带有选择性截止层的碳化硅高温离子注入掩模的结构示意图；图2为本专利技术提供的制造带有选择性截止层的碳化硅高温离子注入掩模的方法流程图；图3为依照本专利技术实施例的带有选择性截止层的碳化硅高温离子注入掩模的SEM图。【具体实施方式】为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本专利技术进一步详细说明。如图1所示，本专利技术提供的带有选择性截止层的碳化硅高温离子注入掩模，包括三部分，最上层为绝缘介质掩蔽层4，其作用为注入阻挡层，在SiC材料的高温注入中用于对注入Al元素的阻挡；中间层为选择性截止层3，其作用为，精确控制刻蚀截止在离子注入牺牲层薄膜之上；下层为离子注入牺牲层薄膜2，置于底层SiC衬底I之上，其作用为实现箱型掺杂浓度分布拐点处的陡直变化，减小离子注入造成的表面损伤，避免器件表面沾污，简化表面清洗工艺，从而降低工艺复杂度和不可控性。选择性注入区域所要求的低损伤、厚度薄、面内均一性好及可控性强的离子注入牺牲层薄膜的作用非常关键。经离子注入工艺仿真，对于SiC材料的Al注入，此薄层最好精确控制在20-100nm，因此，选择性截止层与此离子注入牺牲层薄膜的刻蚀(腐蚀)选择比高达10倍,否则,将发生过刻蚀。为了实现上述目的，图2提供了 一种，其制造工艺步骤包括:步骤1:清洗碳化娃衬底；在本步骤中，采用标准RCA清洗碳化硅衬底，并用N2吹干。步骤2:在得到的干净碳化硅衬底上采用热氧化的方法生长离子注入牺牲层薄膜。步骤3:采用LPCVD法在得到的离子注入牺牲层薄膜上生长用于控制刻蚀工艺的选择性截止层。步骤4:在上一步的基础上，采用外延或者生长的方法，在选择性截止层上形成绝缘介质掩蔽层。步骤5:在绝缘介质掩蔽层上匀光刻胶，并光刻显影出选择性离子注入区域窗口。步骤6:从选择性离子注入区域窗口对绝缘介质掩蔽层进行干法刻蚀或者腐蚀直至选择性截止层的表面；步骤7:继续刻蚀或腐蚀直至离子注入牺牲层表面；步骤8:去掉光刻胶，获得离子注入区域所要求的低损伤、厚度薄、面内均一性好及可控性强的超薄离子注入牺牲层薄膜。本专利技术中，所述在碳化硅衬底上采用热氧化的方法生长离子注入牺牲层薄膜是通过干氧或者湿本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种带有选择性截止层的碳化硅高温离子注入掩模的制造方法，其特征在于，包括：清洗碳化硅衬底；在碳化硅衬底上采用热氧化的方法生长离子注入牺牲层薄膜；采用LPCVD方法在得到的离子注入牺牲层薄膜上生长用于控制刻蚀工艺的选择性截止层；采用外延或者生长的方法，在选择性截止层上形成绝缘介质掩蔽层；在绝缘介质掩蔽层上匀光刻胶，并光刻显影出选择性离子注入区域窗口；从选择性离子注入区域窗口对绝缘介质掩蔽层进行干法刻蚀或者腐蚀直至选择性截止层的表面；以及继续刻蚀或腐蚀直至离子注入牺牲层表面，并去掉光刻胶，获得超薄离子注入牺牲层薄膜。

【技术特征摘要】
1.一种带有选择性截止层的碳化硅高温离子注入掩模的制造方法，其特征在于，包括: 清洗碳化硅衬底； 在碳化硅衬底上采用热氧化的方法生长离子注入牺牲层薄膜； 采用LPCVD方法在得到的离子注入牺牲层薄膜上生长用于控制刻蚀工艺的选择性截止层； 采用外延或者生长的方法，在选择性截止层上形成绝缘介质掩蔽层； 在绝缘介质掩蔽层上匀光刻胶，并光刻显影出选择性离子注入区域窗口 ； 从选择性离子注入区域窗口对绝缘介质掩蔽层进行干法刻蚀或者腐蚀直至选择性截止层的表面；以及 继续刻蚀或腐蚀直至离子注入牺牲层表面，并去掉光刻胶，获得超薄离子注入牺牲层薄膜。2.根据权利要求1所述的带有选择性截止层的碳化硅高温离子注入掩模的制造方法，其特征在于，所述清洗碳化硅衬底采用标准RCA清洗碳化硅衬底，并用N2吹干。3.根据权利要求1所述的 带有选择性截止层的碳化硅高温离子注入掩模的制造方法，其特征在于，所述在碳化硅衬底上采用热氧化的方法生长离子注入牺牲层薄膜是通过干氧或者湿氧其中一种方式实现的。4.根据权利要求3所述的带有选择性截止层的碳化硅高温离子注入掩模的制造方法，其特征在于，使用湿氧来形成离子注入牺牲层薄膜时，热氧化温度为1050°C -1150°C，热氧化时间为30分钟~120分钟。5.根据权利要求3所述的带有选择性截止层的碳化硅高温离子注入掩模的制造方法，其特征在于，使用干氧来形成离子注入牺牲层薄膜时，热氧化温度为1150°C -1250°C，热氧化时间为60分钟~150分钟。6.根据权利要求1所述的带有选择性截止层的碳化...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘新宇，许恒宇，汤益丹，蒋浩杰，赵玉印，申华军，白云，杨谦，
申请(专利权)人：中国科学院微电子研究所，
类型：发明
国别省市：