離子注入掩膜方法及碳化硅肖特基二極管制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種碳化硅器件離子注入方法。該方法包括如下步驟：在碳化硅襯底上淀積第一介質(zhì)層；在所述第一介質(zhì)層上淀積第二介質(zhì)層；對(duì)所述第二介質(zhì)層上形成光致抗蝕劑；利用所述光致抗蝕劑對(duì)所述第二介質(zhì)層圖形化；第一介質(zhì)層和以所述圖形化的第二介質(zhì)層作為注入阻擋層對(duì)所述碳化硅襯底進(jìn)行離子注入。通過(guò)采用根據(jù)本發(fā)明的方法，可以得到特征尺寸小，導(dǎo)通電阻低的碳化硅半導(dǎo)體器件。
【專利說(shuō)明】離子注入掩膜方法及碳化硅肖特基二極管制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及微電子器件制造，特別涉及微電子器件制造工藝中離子注入掩膜的形成方法，以及使用該注入掩膜制造碳化硅肖特基二極管的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]由于碳化硅材料具有是硅約3倍寬的禁帶寬度(Eg=3.26eV，硅Eg=L 12eV)和高的熱導(dǎo)率，因此在阻斷電壓、高功率和功率密度、工作頻率以及工作溫度上比硅器件具有更優(yōu)越的性能。碳化硅具有約10倍于硅的臨界電場(chǎng)，使得碳化硅器件與硅器件相比具有更小的體積。研究報(bào)道早已證實(shí)碳化硅肖特基二極管比硅快恢復(fù)二極管具有更快的開(kāi)關(guān)速率和更低的開(kāi)關(guān)損耗，并且擊穿電壓可以做到3000V以上。
[0003]肖特基二極管是一種單極型器件，具有零恢復(fù)電流，因而比PN結(jié)二極管更適合于聞?lì)l開(kāi)關(guān)電路應(yīng)用。由于娃的臨界電場(chǎng)較小，娃材料肖特基二極管的耐壓往往在200V以下。如果要實(shí)現(xiàn)更高的耐壓，需要在硅材料肖特基二極管中形成非常厚的外延層，這會(huì)帶來(lái)非常大的導(dǎo)通電阻而使二極管變得不適合使用。而碳化硅材料具有約10倍于硅的臨界電場(chǎng)，同樣電壓規(guī)格的碳化硅器件與硅器件相比較而言，碳化硅器件的外延層厚度只需要硅器件的1/10，就可以做到3000V的擊穿電壓且保持較小的導(dǎo)通電阻。對(duì)3000V以上的應(yīng)用，單極型器件的導(dǎo)通電阻成為重要的影響因素，而雙極型器件會(huì)因?yàn)槠潆妼?dǎo)率的調(diào)制作用而更加適合該耐壓條件下的使用。
[0004]微電子器件的制造往往需要用到摻雜工藝，對(duì)采用硅材料制作的器件來(lái)講摻雜工藝一般包括外延摻雜、離子注入和擴(kuò)散等方式。通常情況下，外延摻雜是在器件制作前就完成，而后兩種摻雜方法是在器件制作過(guò)程中進(jìn)行的，適合于對(duì)器件進(jìn)行局部區(qū)域有選擇的摻雜。相對(duì)于擴(kuò)散方法，離子注入摻雜更容易控制摻雜形貌和濃度分布，并且具有更廣泛的應(yīng)用性，如可以用于GaAs、SiC等化合物半導(dǎo)體的摻雜。
[0005]特別是對(duì)于碳化硅材料，由于碳化硅中共價(jià)鍵的穩(wěn)固性，通過(guò)擴(kuò)散方法幾乎無(wú)法實(shí)現(xiàn)摻雜，因而離子注入方法成為碳化硅材料最適合的摻雜方式。離子注入步驟后需要進(jìn)行高溫退火，例如大于1500度，以對(duì)注入的摻雜離子進(jìn)行激活，同時(shí)也能減少或修復(fù)由注入帶來(lái)的晶格損傷。
[0006]離子注入工藝首先需要有一層注入掩膜來(lái)限定需要注入的區(qū)域和不需要注入的區(qū)域。注入掩膜的厚度要求足以阻擋相應(yīng)注入能量的離子免于被注入，并且掩膜要容易形成圖形。常用的注入掩膜如金屬、光刻膠、介質(zhì)。金屬掩膜可以是例如Au、Al、Mo等粘附性比較好并且密度比較大的材料。介質(zhì)掩膜可以是Si02、Si3N4或多晶硅等材料的掩膜。材料的密度越大越容易阻擋注入離子，因此相應(yīng)的厚度要求也就越薄。掩膜的制作及其后的離子注入對(duì)微電子器件的性能有著非常重要的影響，是一步非常關(guān)鍵的工藝。金屬掩膜的厚度比較小，但掩膜的制作可能會(huì)沾污半導(dǎo)體材料和器件，并且掩膜的線寬及形貌很難控制。光刻膠掩膜是最普遍也是最簡(jiǎn)單的方法，只需要一步光刻就形成掩膜圖形而被廣泛使用。
[0007]對(duì)碳化娃器件而言，傳統(tǒng)的掩膜方法存在一定的缺陷。碳化娃由于晶格鍵能能強(qiáng)，離子注入需要很高的能量，例如注入0.5 μ m深的Al離子就需要360keV的能量。特別是因?yàn)樘蓟杵骷木€寬要比硅器件小，例如作為結(jié)終端的內(nèi)層保護(hù)環(huán)的寬度就要求在1.5μπι以下。因此對(duì)形成碳化硅器件的離子注入掩膜的要求一是掩膜厚度要比較厚，二是線寬要比較小。如果用光刻膠作為離子注入掩膜，則需要3μπι以上厚度的光刻膠層，這對(duì)光刻設(shè)備提出了苛刻的要求。而一般的介質(zhì)掩膜存在的問(wèn)題是，在掩膜淀積工藝中，如果淀積得到的介質(zhì)層不均勻或形成圖案過(guò)程中刻蝕不均勻，則要么過(guò)刻蝕而刻蝕到半導(dǎo)體材料表面，要么刻蝕不足而殘留較多的介質(zhì)。
[0008]此外，在離子注入工藝中存在這樣一種現(xiàn)象，由于半導(dǎo)體材料在表面處的晶格不連續(xù)，離子注入過(guò)程中在臨近表面一薄層材料的離子容易向表面逸出，導(dǎo)致注入完成后臨近表面一薄層的注入離子分布出現(xiàn)異常。這將對(duì)器件的性能產(chǎn)生影響。
[0009]因此，需要一種能夠克服上述缺陷用來(lái)形成良好的注入掩膜的方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]本發(fā)明的目的是提供一種適用于碳化硅器件的離子注入掩膜形成方法，一種形成步驟簡(jiǎn)單可控且所得到的掩膜便于去除的掩膜形成方法。
[0011]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供一種碳化硅器件離子注入方法，該方法包括如下步驟:
[0012]在碳化硅襯底上淀積第一介質(zhì)層；
[0013]在所述第一介質(zhì)層上淀積第二介質(zhì)層；
[0014]對(duì)所述第二介質(zhì)層上形成光致抗蝕劑；
[0015]利用所述光致抗蝕劑對(duì)所述第二介質(zhì)層圖形化；
[0016]以所述圖形化的第二介質(zhì)層作為注入阻擋層對(duì)所述碳化硅襯底進(jìn)行離子注入。
[0017]優(yōu)選地，以所述第一介質(zhì)層作為刻蝕停止層對(duì)所述第二介質(zhì)層圖形化。
[0018]優(yōu)選地，所述第二介質(zhì)層的厚度大于所述第一介質(zhì)層的厚度。
[0019]優(yōu)選地，所述第二介質(zhì)層與所述第一介質(zhì)層的刻蝕選擇比為2-10:1。
[0020]優(yōu)選地，所述利用光致抗蝕劑對(duì)第二介質(zhì)層圖形化的步驟進(jìn)一步包括:
[0021]對(duì)所述光致抗蝕劑進(jìn)行圖形化；
[0022]以所述圖形化的光致抗蝕劑作為掩膜，采用各向異性刻蝕方法對(duì)所述第二介質(zhì)層進(jìn)行刻蝕；
[0023]隨后各項(xiàng)同性地對(duì)所述第二介質(zhì)層進(jìn)行刻蝕，以便減小特征尺寸。
[0024]優(yōu)選地，該方法進(jìn)一步包括對(duì)注入的離子進(jìn)行激活退火的步驟。
[0025]優(yōu)選地，該方法在所述去除第一介質(zhì)層和第二介質(zhì)層的步驟后進(jìn)一步包括，
[0026]在所得到的結(jié)構(gòu)上形成碳膜；
[0027]對(duì)注入的離子進(jìn)行激活退火；
[0028]以氧化方法去除所述碳膜。
[0029]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，該方法包括以下步驟:
[0030]在所述碳化硅襯底上淀積第一介質(zhì)層，該碳化硅襯底包括碳化硅基底和漂移層；
[0031]在所述第一介質(zhì)層上淀積第二介質(zhì)層；
[0032]對(duì)所述第二介質(zhì)層上形成光致抗蝕劑；[0033]利用所述光致抗蝕劑對(duì)所述第二介質(zhì)層圖形化；
[0034]以所述圖形化的第二介質(zhì)層作為注入阻擋層對(duì)所述碳化硅襯底進(jìn)行離子注入；
[0035]去除所述第一介質(zhì)層和第二介質(zhì)層；
[0036]對(duì)注入的離子進(jìn)行激活退火；
[0037]在所述碳化硅襯底有源區(qū)結(jié)構(gòu)的對(duì)側(cè)上形成歐姆金屬層；
[0038]在所述碳化硅襯底有源區(qū)結(jié)構(gòu)上形成肖特基金屬層。
[0039]優(yōu)選地，該方法包括以下步驟:
[0040]所述利用光致抗蝕劑對(duì)第二介質(zhì)層圖形化的步驟進(jìn)一步包括:
[0041]對(duì)所述光致抗蝕劑進(jìn)行圖形化；
[0042]以所述圖形化的光致抗蝕劑作為掩膜，采用各向異性刻蝕方法對(duì)所述第二介質(zhì)層進(jìn)行刻蝕；
[0043]隨后各項(xiàng)同性地對(duì)所述第二介質(zhì)層進(jìn)行刻蝕，以便減小特征尺寸。
[0044]優(yōu)選地，該方法形成肖特基金屬層之后還包括對(duì)肖特基金屬層進(jìn)行退火的步驟。
[0045]本發(fā)明采用兩層或兩層以上介質(zhì)作為離子注入掩膜，介質(zhì)可以是Si02、Si3N4、多晶硅等多種組合，如Si02/Si3N4組合，SiO2/多晶硅組合等，并不限制其他形式。
[0046]使用兩層介質(zhì)作為掩膜時(shí)，掩膜中第一層介質(zhì)厚度較薄，作為刻蝕的終止層，同時(shí)會(huì)留下來(lái)作為注入時(shí)半導(dǎo)體表面的保護(hù)層，使得在離子注入后臨近表面層有比較均勻的摻雜分布。
[0047]掩膜中的第二層比較厚，作為離子注入的阻擋層。根據(jù)注入的離子類型及能量確
定厚度。
[0048]兩層以上介質(zhì)作為掩膜的時(shí)候，原理與兩層介質(zhì)相同。必有一層作為表面的保護(hù)層，一層作為刻蝕掩膜時(shí)的終止層，這兩層都比較薄。另一層或多層作為離子注入的阻擋層，比較厚。保護(hù)層和刻蝕終止層的厚度是在IOnm到IOOnm之間。離子阻擋層的厚度根據(jù)注入的離子類型及能量確定。
[0049]掩膜的形成用刻蝕的方法，可以是ICP、RIE等各種干法刻蝕方式。在半導(dǎo)體表面上墊積掩膜介質(zhì)后，旋涂上一層光刻膠，用光刻的方法形成圖形，再用干法刻蝕的方法進(jìn)行圖形轉(zhuǎn)移。選擇光刻膠與介質(zhì)的刻蝕選擇比，就可以用非常薄的光刻膠，比如Iym左右的光刻膠刻蝕I μ m以上厚度的介質(zhì)。
[0050]用光刻膠作為掩膜刻蝕介質(zhì)時(shí)，可以選擇刻蝕條件，包括工藝氣氛、功率、氣壓等，使注入阻擋層介質(zhì)的刻蝕速率大于光刻膠的刻蝕，并且刻蝕阻擋層的刻蝕速率小于注入阻擋層，因此可以用較薄的膠作為刻蝕掩膜。注入阻擋層刻蝕干凈后自動(dòng)停止在刻蝕終止層上，形成比較均勻的注入掩膜。
[0051]在某些結(jié)構(gòu)中，比如結(jié)終端的保護(hù)環(huán)，要求注入間隔的線寬非常小，比如Ιμπι或
者更小。
[0052]或者一些JBS結(jié)構(gòu)中溝道濃度非常高，因此溝道非常窄，達(dá)到亞微米寬度。溝道濃度高可以有效降低導(dǎo)通電阻。
[0053]本發(fā)明可以在一般的光刻設(shè)備下形成小于I μ m的厚注入掩膜。掩膜的用途并不僅僅限于結(jié)終端或JBS溝道。
[0054]本發(fā)明所采用的方法是，在刻蝕到刻蝕終止層后，加長(zhǎng)刻蝕時(shí)間，就會(huì)繼續(xù)進(jìn)行緩慢的橫向刻蝕，或者改變刻蝕條件，增加刻蝕的各向同性。這樣就能控制掩膜的線寬逐漸變小，直到設(shè)計(jì)的要求。由于干法刻蝕的均勻性一般都能控制在5%以內(nèi)，甚至3%以內(nèi)，因此線寬可以均勻控制。
[0055]用介質(zhì)做注入掩膜的另一個(gè)好處是可以實(shí)現(xiàn)高溫注入，高溫離子注入可以減少晶格損傷從而取得更小的方塊電阻，這在碳化硅工藝中為工程師所熟知。
[0056]如大家所熟知，用光刻膠做掩膜時(shí)在大劑量高能量注入情況下去除掩膜很困難，因?yàn)樽⑷雽?dǎo)致光刻膠的變性，使用RCA標(biāo)準(zhǔn)清洗方法都有時(shí)會(huì)有殘留掩膜。
[0057]本發(fā)明提供的掩膜方法，去掩膜非常簡(jiǎn)單。用熱磷酸或BHF就能腐蝕Si3N4，稀釋的HF酸或BHF就能很快腐蝕SiO2。并且腐蝕SiO2的過(guò)程又相當(dāng)于對(duì)上層介質(zhì)剝離的過(guò)程。最后用RCA清洗就能得到潔凈的表面。
[0058]本發(fā)明還介紹了用上述掩膜工藝制作碳化硅肖特基二極管的方法。
[0059]一種結(jié)構(gòu)是采用保護(hù)環(huán)的結(jié)終端方法。結(jié)終端用離子注入的方法形成第二導(dǎo)電類型(與襯底的導(dǎo)電類型相反)保護(hù)環(huán)，保護(hù)環(huán)的寬度可以是I μ m到5 μ m之間。采用間隔不均勻的保護(hù)環(huán)，從內(nèi)到外間隔逐漸增加，這樣設(shè)計(jì)的優(yōu)勢(shì)是電場(chǎng)能夠非常均勻的向外圍擴(kuò)展，提高器件的擊穿電壓。
[0060]最內(nèi)層保護(hù)環(huán)間隔最小,可以是0.5 μ m至2 μ m之間。最內(nèi)層間隔之所以比較小，是因?yàn)殡妶?chǎng)往往是集中在最內(nèi)層附近，具體的線寬要根據(jù)需要進(jìn)行設(shè)計(jì)，以使電場(chǎng)均勻擴(kuò)展，而不在某一處出現(xiàn)集中現(xiàn)象。保護(hù)環(huán)的寬度可以都是均勻不變的，也可以是變化的，也是依據(jù)經(jīng)驗(yàn)和仿真得到，最簡(jiǎn)單的是用均勻的保護(hù)環(huán)。
[0061]JBS結(jié)構(gòu)的內(nèi)部第二導(dǎo)電類型條和外圍的保護(hù)環(huán)同時(shí)注入，這樣就只需要一步注入退火工藝。在形成肖特基二極管時(shí)，先在第一導(dǎo)電類型導(dǎo)通型襯底上外延一層薄的第一導(dǎo)電類型緩沖層，厚度可以是0.5 μ m至I μ m，濃度約l*1018cm_3。然后再外延一層漂移層，漂移層用于抵擋高壓作用，為第一導(dǎo)電類型，厚度可以是I μ m到50 μ m之間，濃度可以是l*1017cm_3到l*1015cm_3之間，具體的厚度與濃度值依據(jù)實(shí)際需要的電壓而定。在一些實(shí)施列中漂移層上面又外延了一層溝道層，為第一導(dǎo)電類型，濃度比漂移層高幾倍甚至幾十倍，厚度在0.1 μ m和I μ m之間。溝道層的目的是降低導(dǎo)通電阻。
[0062]外延完成后即可開(kāi)始離子注入等工藝。例如，先刻蝕對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記，然后是按照上述方法形成掩膜，離子注入，去掉掩膜，再激活退火。激活退火時(shí)為了保護(hù)表面不退化先做一層碳膜在碳化硅上一起退火。退火完成后用熱氧化的方法或氧氣等離子方法去掉碳層。隨后在晶圓的背面做上歐姆接觸，正面清洗，淀積肖特基金屬，為提高肖特基勢(shì)壘和改善勢(shì)壘的均勻性需要進(jìn)行一次熱退火，在真空或惰性氣體氛圍中，退火溫度可以是300度到800度之間，時(shí)間從Imin到Ihr不等，具體條件根據(jù)肖特基金屬和退火設(shè)備而定。肖特基金屬完成后再做上鈍化保護(hù)層，鈍化層一般為Si02、Si3N4或聚酰亞胺。完成正面工藝后在背面做上金屬加厚層。
[0063]本發(fā)明的實(shí)施例中，第一導(dǎo)電類型可以是N型或P型，第二導(dǎo)電類型為相應(yīng)的P型或N型。
[0064]本發(fā)明的注入掩膜方法不僅僅可以用于碳化硅肖特基二極管，也可以用于pin、MOSFET、JFET等其他類型的器件，甚至可以用于其他材料(如S1、GaAs等)的電路和器件?！緦＠綀D】

【附圖說(shuō)明】
[0065]圖1是表面沒(méi)有保護(hù)層時(shí)離子注入后的摻雜分布
[0066]圖2是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例1的注入掩膜的截面圖。
[0067]圖3是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例2的注入掩膜的截面圖。
[0068]圖4A-4E是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例1的注入掩膜的制作方法各步驟的截面圖。
[0069]圖5是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例3的碳化硅肖特基二極管結(jié)構(gòu)截面圖。
[0070]圖6A-6J是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例3的注入掩膜方法制作碳化硅肖特基二極管的工藝步驟截面圖。
【具體實(shí)施方式】
[0071]下面參照附圖及結(jié)合優(yōu)選實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的
【發(fā)明內(nèi)容】
作進(jìn)一步的描述。應(yīng)當(dāng)理解，附圖中所示的結(jié)構(gòu)是示意性的而非限定性的，各特征未按比例畫(huà)出。各圖中相同或相似的附圖標(biāo)記表示相同或相似的特征。
[0072]本發(fā)明的具體實(shí)施例提供了適用于碳化硅器件的離子注入掩膜方法和以此掩膜方法制作碳化硅肖特基二極管的詳細(xì)步驟。
[0073]圖2是本發(fā)明的實(shí)施例1的離子注入掩膜結(jié)構(gòu)的截面圖，該結(jié)構(gòu)包括碳化硅襯底100，第一掩膜層210和經(jīng)圖形化的第二掩膜層310，第二掩膜層310具有比第一掩膜層210
厚的厚度。
[0074]圖3是本發(fā)明的實(shí)施例2的離子注入掩膜結(jié)構(gòu)的截面圖，該結(jié)構(gòu)包括碳化硅襯底100，第一掩膜層210，第二掩膜層220和經(jīng)圖形化的第三掩膜層310。圖形化的掩膜層310具有分別比第一掩膜層210和第二掩膜層220厚的厚度。優(yōu)選地，圖形化的掩膜層310具有比第一掩膜層210和第二掩膜層220兩層的厚度厚的厚度。
[0075]由于多層介質(zhì)掩膜的原理和制作方法與兩層介質(zhì)掩膜的類似，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例具體說(shuō)明的兩層介質(zhì)的制作方法實(shí)現(xiàn)多層介質(zhì)掩膜的制作。因此本發(fā)明的實(shí)施例中不再單獨(dú)介紹多層介質(zhì)掩膜的制作方法。以下是詳細(xì)介紹兩層介質(zhì)注入掩膜的制作步驟。
[0076]圖4A-4E示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例1的注入掩膜的制作方法各步驟的截面圖。如圖4A所不,在潔凈的碳化娃襯底100表面上先后淀積第一介質(zhì)層210和第二介質(zhì)層310,第一介質(zhì)層210的厚度比較薄，，例如為IOnm至IOOnm之間，可用作刻蝕的阻擋層和注入的保護(hù)層。第二介質(zhì)層310的厚度比較厚,例如為0.5 μ m至3 μ m之間,可用作注入的阻擋層。本領(lǐng)域技術(shù)人員可根據(jù)掩膜層材料的密度、注入離子種類和能量合理選擇第一和第二介質(zhì)層的厚度。
[0077]介質(zhì)層的材料例如可以是多晶硅、Si02、Si3N4或其他介質(zhì)材料。第一和第二介質(zhì)層材料的選擇要考慮到刻蝕的選擇比，如第一層介質(zhì)可以是SiO2，第二層介質(zhì)可以是Si3N4，第二介質(zhì)層和與第一介質(zhì)層對(duì)于例如CF4或SF6等離子體刻蝕的選擇比為2-10:1?？刹捎玫入x子體增強(qiáng)化學(xué)氣相淀積PECVD或低壓化學(xué)氣相淀積LPCVD的淀積方式或其他淀積方式來(lái)形成介質(zhì)層。PECVD的速率比較快，但是得到的淀積膜含氫H比較多，密度比較小。LPCVD的速率低，但是得到的淀積膜的質(zhì)量比較好，密度比較高。
[0078]介質(zhì)層淀積完成后，在第二介質(zhì)層的表面施加例如旋涂上一層光刻膠400，然后用光刻的方法形成圖形，如圖4B所示。光刻膠的厚度例如在I μ m左右或更厚，光刻膠越厚光刻越難。優(yōu)選，在光刻之后對(duì)光刻膠膜進(jìn)行固化，使光刻膠層更耐刻蝕。
[0079]如圖4C所示，以光刻膠層的圖形作為掩膜刻蝕介質(zhì)層，使第二介質(zhì)層310形成圖形。應(yīng)注意，用作注入阻擋層的第二介質(zhì)層圖形化開(kāi)口處應(yīng)被處理干凈，以使作為阻擋層的第二介質(zhì)層具有高分辨率的特征尺寸?？涛g可以用首先用各向異性刻蝕的方法，例如感應(yīng)耦合等離子體刻蝕ICP或反應(yīng)離子刻蝕RIE方法，刻蝕條件的選擇需要滿足第二介質(zhì)層的材料對(duì)光刻膠具有比較高的刻蝕選擇比，這樣只需要比較薄的光刻膠層即可以實(shí)現(xiàn)對(duì)第二介質(zhì)層的刻蝕。另一方面，第二層介質(zhì)與第一層介質(zhì)也必須有較高的刻蝕選擇比，第一層介質(zhì)就能起到刻蝕停止層作用。比如SiN4與SiO2的刻蝕選擇比可實(shí)現(xiàn)為2-10之間。
[0080]對(duì)于尺寸要求比較窄的線條，比如要實(shí)現(xiàn)比光刻膠掩膜線寬更小，如特征尺寸為
0.1-1 μ m的時(shí)候，需要在刻蝕完注入阻擋層310后繼續(xù)刻蝕，或改變刻蝕條件增加刻蝕的各向同性特征，進(jìn)行各向同性再刻蝕。第一介質(zhì)層210因?yàn)榭涛g的速率比較慢可作為刻蝕的停止層，最終會(huì)留有一薄層作為碳化硅襯底的注入保護(hù)層。圖形化的第二介質(zhì)層310的圖形化結(jié)構(gòu)兩側(cè)因各向同性再刻蝕會(huì)發(fā)生側(cè)蝕，導(dǎo)致線寬變窄?？刂瓶涛g條件和刻蝕時(shí)間就能達(dá)到要求的窄線寬，如圖4D。
[0081]刻蝕完成后去除光刻膠。可用O2等離子體再加上有機(jī)溶劑濕法去除光刻膠。清洗后得到具有第一介質(zhì)層210和圖形化的第二介質(zhì)層310的用于離子注入的掩膜結(jié)構(gòu)，如圖4E所示。
[0082]本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例3是一種采用了上述掩膜工藝制造肖特基二極管的方法和由此得到的肖特基二極管。圖5是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例3的肖特基二極管的器件結(jié)構(gòu)截面圖。襯底材料為第一導(dǎo)電類型的高摻雜碳化硅材料100，在其上表面形成有緩沖層110，厚度大約是0.5 μ m至I μ m，濃度約l*1018cm_3。緩沖層110上形成有外延漂移層120，用于抵擋高壓，為第一導(dǎo)電類型，厚度可以是例如Ιμπι到50 μ m之間，濃度可以是l*1017cm_3到l*1015cnT3之間。各層的厚度與摻雜濃度值可依據(jù)實(shí)際需要的器件耐壓而定。在一些優(yōu)選實(shí)施列中，漂移層120上面可再形成有外延溝道層，為第一導(dǎo)電類型，濃度比漂移層高幾倍甚至幾十倍，厚度在0.Ιμπι和Ιμπι之間。溝道層的目的是降低導(dǎo)通電阻。無(wú)論是否形成有溝道層，器件的制作工藝都是一樣的，因此本發(fā)明實(shí)例不再單獨(dú)介紹。
[0083]該肖特基二極管的有源區(qū)和終端區(qū)都形成有第二導(dǎo)電類型的摻雜區(qū)域130。用作有源區(qū)的摻雜區(qū)域的作用是形成結(jié)勢(shì)壘肖特基二極管，用作終端區(qū)的摻雜區(qū)域的作用是形成保護(hù)環(huán)，使器件在反向電壓下電場(chǎng)不在有源區(qū)邊緣集中，而是比較平緩的向外側(cè)擴(kuò)展，提高器件的擊穿電壓。因此，終端區(qū)的這種結(jié)構(gòu)被稱為保護(hù)環(huán)或場(chǎng)限環(huán)結(jié)構(gòu)。對(duì)碳化硅器件而言，因?yàn)閾诫s濃度是相同規(guī)格硅器件的100倍左右，因此保護(hù)環(huán)和各環(huán)之間間隔都非常窄，這對(duì)注入掩膜的制作有一定的要求。
[0084]本發(fā)明中，第一導(dǎo)電類型與第二導(dǎo)電類型是相對(duì)而言，如第一導(dǎo)電類型為N型，則第二導(dǎo)電類型為P型，如第一導(dǎo)電類型為P型，則第二導(dǎo)電類型為N型。僅僅為方便介紹，以下的發(fā)明實(shí)例中假設(shè)第一導(dǎo)電類型為N型，第二導(dǎo)電類型為P型。
[0085]圖6A-6J是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例3的注入掩膜方法制作碳化硅肖特基二極管的工藝步驟截面圖。如圖6Α所示，在導(dǎo)電襯底例如碳化硅晶圓100上外延一緩沖層110，再外延一漂移層120。在晶圓表面上做上光刻對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記。標(biāo)記用光刻膠做掩膜，干法刻蝕形成。標(biāo)記的臺(tái)階大約為0.1 μ m至I μ m深，標(biāo)記圖形可以是多種形式，比如十字圖形等。
[0086]隨后按照如上所述形成掩膜的方法形成用于離子注入的第一掩膜210和圖形化第二掩膜310，如圖6B。第一掩膜可以是兩層或多層結(jié)構(gòu)，如圖3所示，但是正如上面所述多層掩膜的制作工藝和兩層掩膜相似。
[0087]掩膜完成后進(jìn)行離子注入，如圖6C所示。對(duì)P型注入而言，B和Al是優(yōu)選的注入離子。Al離子摻雜由于具有更低的激活溫度和低的擴(kuò)散系數(shù)成為更優(yōu)選的方法。離子注入后去除用于離子注入的掩膜，第一掩膜210和第二掩膜310，清洗，激活退火，碳化硅的激活退火溫度例如大于1500度。為保護(hù)表面摻雜離子不退化，優(yōu)選在退火前得到結(jié)構(gòu)的表面上淀積一層碳膜保護(hù)。退火后形成P型摻雜區(qū)130。然后用熱氧化或O2等離子體方法去除碳膜，再用稀釋的HF酸去除由此形成的氧化物膜，得到的結(jié)構(gòu)如圖6D所示。
[0088]隨后在襯底背面即襯底100與有源區(qū)相對(duì)的一側(cè)上淀積歐姆金屬400，歐姆金屬可以是N1、Ti/Ni, Ti/Ni/Al等金屬，淀積方法可以是蒸發(fā)或派射。比如可以蒸發(fā)IOOnm的Ni。然后在惰性氣氛或真空中進(jìn)行退火，退火溫度優(yōu)選在900度至1100度之間，退火時(shí)間優(yōu)選為I分鐘到10分鐘，所得到的結(jié)構(gòu)如圖6E所示。
[0089]如圖6F所示，在襯底背面形成歐姆金屬層400后，在正面即有源區(qū)結(jié)構(gòu)表面上淀積肖特基金屬500，肖特基金屬可以是Ti，Mo, W，Ni, Pt或者TiAl等，厚度優(yōu)選在50nm到300nm之間。Ti，Mo的勢(shì)壘較低，可以降低開(kāi)啟電壓。然后同時(shí)淀積上厚金屬層510，比如Al層或Au層等，厚度大于I μ m。形成加厚金屬層可用于管芯封裝時(shí)的壓絲工藝。
[0090]然后對(duì)得到的正面金屬層500和510進(jìn)行刻蝕，形成圖形化金屬電極層。該步驟包括形成金屬刻蝕掩膜層，對(duì)該掩膜層進(jìn)行圖形化，利用圖形化掩膜層刻蝕金屬，隨后去掉掩膜，得到的結(jié)構(gòu)如圖6G所示。最簡(jiǎn)單的掩膜是光刻膠，可以直接用光刻的方法形成。亥Ij蝕金屬可以用濕法腐蝕或干法刻蝕。如對(duì)Al可以用熟知的Al腐蝕液，也可以用熟知的Cl基氣氛進(jìn)行刻蝕。同樣對(duì)Ti可以用腐蝕液腐蝕，也可以用Cl基或F基氣氛刻蝕。
[0091]為了提高勢(shì)壘及增加勢(shì)壘的均勻性和改善理想因子，肖特基金屬完成后優(yōu)選進(jìn)行退火。在真空或惰性氣氛中，例如在300度到800度間退火I分鐘到I小時(shí)，具體根據(jù)所選的肖特基金屬而定。如，對(duì)Ti肖特基金屬，最佳的退火條件是450度至550之間退火5分鐘到30分鐘。勢(shì)壘高度在1.2eV和1.28eV之間，理想因子接近I。
[0092]肖特基金屬完成后淀積鈍化介質(zhì)600，鈍化介質(zhì)可以是Si02、Si3N4,SiOxNy或它們的混合，然后用光刻的方法形成一層光刻膠掩膜，再刻蝕該介質(zhì)層形成圖形。之后用熟知的去膠方法去除光刻膠。完成后如圖6H所示。鈍化介質(zhì)的作用是為了保護(hù)器件不受到外界離子或水汽等污染。有利于增加器件的可靠性。
[0093]一般而言為了防止器件被刮傷還要加一層有機(jī)保護(hù)層610，如圖61所示。常用的有聚酰亞胺。聚酰亞胺的厚度從Iym到十幾μπι不等。聚酰亞胺的工藝為本領(lǐng)域工程師們所熟知。
[0094]最后一步是背面金屬加厚410，如圖6J所示。淀積的金屬為該領(lǐng)域熟知的Ti/Ni/Ag，該工藝也為本領(lǐng)域工程師們所熟知。
[0095]應(yīng)當(dāng)理解，以上借助優(yōu)選實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行的詳細(xì)說(shuō)明是示意性的而非限制性的。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在閱讀本發(fā)明說(shuō)明書(shū)的基礎(chǔ)上可以對(duì)各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對(duì)其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實(shí)施例技術(shù)方案的精神和范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種碳化硅器件離子注入方法，其特征在于，該方法包括如下步驟: 在碳化硅襯底上淀積第一介質(zhì)層； 在所述第一介質(zhì)層上淀積第二介質(zhì)層； 對(duì)所述第二介質(zhì)層上形成光致抗蝕劑； 利用所述光致抗蝕劑對(duì)所述第二介質(zhì)層圖形化； 以所述圖形化的第二介質(zhì)層作為注入阻擋層對(duì)所述碳化硅襯底進(jìn)行離子注入。
2.如權(quán)利要求1所述的碳化硅器件離子注入方法，其特征在于， 以所述第一介質(zhì)層作為刻蝕停止層對(duì)所述第二介質(zhì)層圖形化。
3.如權(quán)利要求1所述的碳化硅器件離子注入方法，其特征在于， 所述第二介質(zhì)層的厚度大于所述第一介質(zhì)層的厚度。
4.如權(quán)利要求1所述的碳化硅器件離子注入方法，其特征在于，所述第二介質(zhì)層與所述第一介質(zhì)層的刻蝕選擇比為2-10:1。
5.如權(quán)利要求1所述的碳化硅器件離子注入方法，其特征在于，所述利用光致抗蝕劑對(duì)第二介質(zhì)層圖形化的步驟進(jìn)一步包括: 對(duì)所述光致抗蝕劑進(jìn)行圖形化； 以所述圖形化的光致抗蝕劑作為掩膜，采用各向異性刻蝕方法對(duì)所述第二介質(zhì)層進(jìn)行刻蝕； 通過(guò)延長(zhǎng)腐蝕時(shí)間或隨后各項(xiàng)同性地對(duì)所述第二介質(zhì)層進(jìn)行刻蝕，減小器件的特征尺寸。
6.如權(quán)利要求1所述的碳化硅器件離子注入方法，其特征在于，該方法進(jìn)一步包括對(duì)注入的離子進(jìn)行激活退火的步驟。
7.如權(quán)利要求1所述的碳化硅器件離子注入方法，其特征在于，該方法在所述去除第一介質(zhì)層和第二介質(zhì)層的步驟后進(jìn)一步包括， 在所得到的結(jié)構(gòu)上形成碳膜； 對(duì)注入的離子進(jìn)行激活退火； 以氧化方法去除所述碳膜。
8.一種形成碳化硅肖特基二極管的方法，其特征在于，該方法包括以下步驟: 在所述碳化硅襯底上淀積第一介質(zhì)層，該碳化硅襯底包括碳化硅基底和漂移層； 在所述第一介質(zhì)層上淀積第二介質(zhì)層； 對(duì)所述第二介質(zhì)層上形成光致抗蝕劑； 利用所述光致抗蝕劑對(duì)所述第二介質(zhì)層圖形化； 以所述圖形化的第二介質(zhì)層作為注入阻擋層對(duì)所述碳化硅襯底進(jìn)行離子注入，形成有源區(qū)結(jié)構(gòu)； 去除所述第一介質(zhì)層和第二介質(zhì)層； 對(duì)注入的離子進(jìn)行激活退火； 在所述碳化硅襯底有源區(qū)結(jié)構(gòu)的對(duì)側(cè)上形成歐姆金屬層； 在所述碳化硅襯底有源區(qū)結(jié)構(gòu)上形成肖特基金屬層。
9.如權(quán)利要求8所述的形成碳化硅肖特基二極管的方法，其特征在于，該方法包括以下步驟:所述利用光致抗蝕劑對(duì)第二介質(zhì)層圖形化的步驟進(jìn)一步包括: 對(duì)所述光致抗蝕劑進(jìn)行圖形化； 以所述圖形化的光致抗蝕劑作為掩膜，采用各向異性刻蝕方法對(duì)所述第二介質(zhì)層進(jìn)行刻蝕； 隨后各項(xiàng)同性地對(duì)所述第二介質(zhì)層進(jìn)行刻蝕，以便減小特征尺寸。
10.如權(quán)利要求8所述的形成碳化硅肖特基二極管的方法，其特征在于，該方法形成肖特基 金屬層之后還包括對(duì)肖特基金屬層進(jìn)行退火的步驟。
【文檔編號(hào)】H01L21/04GK103839784SQ201310751760
【公開(kāi)日】2014年6月4日 申請(qǐng)日期:2013年12月31日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月31日
【發(fā)明者】陳彤, 倪煒江 申請(qǐng)人:北京市潤(rùn)大正興電子技術(shù)有限公司