一種碳化硅高壓mps二極管的制造方法
【專利摘要】本發明公開了一種碳化硅高壓MPS二極管的制造方法，其包括如下步驟：在n型外延材料上制作掩膜圖形層；刻蝕SiC，在沒有掩膜的地方刻蝕出SiC凹槽；進行Al離子注入，在SiC凹槽處Al直接注入到了SiC內，退火后形成摻雜；用HF酸或BOE腐蝕去掉掩膜，并對SiC表面進行清洗；用熱氧化的方法生長一層薄的氧化層，再用HF或BOE腐蝕掉氧化層；放入外延爐中進行p型二次外延生長；用CMP方法進行拋光，把n層臺面上的p層全部去掉，并且也去掉部分的n層；背面淀積金屬，進行快速退火形成歐姆接觸；在表面淀積金屬，形成肖特基接觸，并進行光刻腐蝕形成圖形；淀積并形成電極金屬。本方法利用二次外延生長的特點和凹槽的形貌，解決凹槽填充的難題。
【專利說明】一種碳化硅高壓MPS 二極管的制造方法
[0001]
技術領域
[0002]本發明涉及一種碳化硅高壓MPS二極管的制造方法。
【背景技術】
[0003]肖特基二極管由于是單極型器件，比pn二極管具有更好的開關特性，能大幅度的降低工作時的損耗。寬禁帶半導體碳化硅的肖特基二極管可以做到耐壓3300V以上。但是純肖特基二極管或JBS二極管只是通過肖特基接觸導電，浪涌電流比較低。而SiC pin二極管具有非常好的抗浪涌電流能力，但是由于是雙極型器件，開關損耗比較大。
[0004]碳化硅MPS肖特基二極管兼具有肖特基二極管和Pin二極管的優勢，器件的技術難點在于高能離子注入、高溫激活退火、和高質量的P型導電層和P歐姆接觸等。由于碳化硅的晶體結構，為了實現深的結深需要高的注入能量。這又給掩膜和注入設備提出了要求。同時用離子注入方法進行摻雜會造成晶格的損傷，當摻雜濃度高時無法用激活退火的方法進行修復，因此，形成的P型導電層和高摻雜的P層的質量非常差，影響浪涌條件下的空穴注入，從而影響浪涌電流。另一方面，離子注入的激活溫度需要1500°c以上，退火時表面易變粗糙而影響器件性能。
[0005]
【發明內容】
[0006]針對現有技術中存在的問題，本發明的目的在于提供一種碳化硅高壓MPS二極管的制造方法，該方法利用二次外延生長的特點和凹槽的形貌，解決凹槽填充的難題。
[0007]為實現上述目的，本發明采用以下技術方案:
一種碳化硅高壓MPS 二極管的制造方法，所述制造方法包括如下步驟:
I)在η型外延材料上制作掩膜圖形層；
2 )刻蝕S i C，在沒有掩膜的地方刻蝕出S i C凹槽；
3)進行Al離子注入，在所述SiC凹槽處Al直接注入到了SiC內，退火后形成摻雜；
4)用HF酸或BOE腐蝕去掉掩膜，并對SiC表面進行清洗；
5)用熱氧化的方法生長一層薄的氧化層，再用HF或BOE腐蝕掉氧化層；
6)放入外延爐中進行P型二次外延生長；
7)用CMP方法進行拋光，把η層臺面上的P層全部去掉，并且也去掉部分的η層；
8)背面淀積金屬，進行快速退火形成歐姆接觸；
9)在表面淀積金屬，形成肖特基接觸，并進行光刻腐蝕形成圖形；
10)淀積并形成電極金屬。
[0008]進一步，步驟2)中所述SiC凹槽的深度為0.5um_lum。
[0009]進一步，步驟3)中Al離子注入的能量小于等于200keV，注入的深度小于等于0.3μm;注入濃度在lE17cm—3_lE18cm—3之間。
[0010 ] 進一步，步驟4 )中對S i C表面進行清洗采用標準RCA清洗的方法。
[0011 ] 進一步，步驟5)中所述氧化層的厚度為lOnm-lOOnm。
[0012]進一步，步驟6)中二次外延生長的外延層摻雜濃度大于1E19cm—3，在所述SiC凹槽表面的一層重摻雜，摻雜濃度大于5E19 cm—3。
[0013]本發明具有以下優點:
本申請采用刻蝕凹槽的方法形成深的pn結，降低對高能離子注入的要求。用CVD 二次外延的方法生長高質量的P型導電層和高摻雜的P層，填充凹槽，并結合化學機械拋光(CMP)的方法進行平坦化，形成平面結構。在用二次外延方法進行生長和填充凹槽時，利用了二次外延生長的特點和凹槽的形貌，解決凹槽填充的難題。
[0014]
【附圖說明】
[0015]圖1為CVD方法填充凹槽時的結構示意圖；
圖2為CVD方法填充凹槽時隨著頂部開口處的寬度越小，底部的生長速率越慢的結構示意圖；
圖3為CVD方法填充凹槽時隨著凹槽的傾角越大，頂部難形成閉合的結構示意圖；
圖4為本發明優化凹槽的形貌以后的底部和頂部生長過程的結構示意圖；
圖5為本發明在η型外延材料上制作掩膜圖形層的結構示意圖；
圖6為本發明刻蝕SiC的結構示意圖；
圖7為本發明進行Al離子注入的結構示意圖；
圖8為本發明用HF酸或BOE腐蝕去掉掩膜，并對SiC表面進行清洗的結構示意圖；
圖9為本發明放入外延爐中進行P型二次外延生長的結構示意圖；
圖10為本發明用CMP方法進行拋光的結構示意圖；
圖11為本發明背面淀積金屬的結構示意圖；
圖12為本發明在表面淀積金屬，形成肖特基接觸，并進行光刻腐蝕形成圖形的結構示意圖；
圖13為本發明淀積并形成電極金屬的結構示意圖。
[0016]
【具體實施方式】
[0017]下面，參考附圖，對本發明進行更全面的說明，附圖中示出了本發明的示例性實施例。然而，本發明可以體現為多種不同形式，并不應理解為局限于這里敘述的示例性實施例。而是，提供這些實施例，從而使本發明全面和完整，并將本發明的范圍完全地傳達給本領域的普通技術人員。
[0018]為了易于說明，在這里可以使用諸如“上”、“下”“左” “右”等空間相對術語，用于說明圖中示出的一個元件或特征相對于另一個元件或特征的關系。應該理解的是，除了圖中示出的方位之外，空間術語意在于包括裝置在使用或操作中的不同方位。例如，如果圖中的裝置被倒置，被敘述為位于其他元件或特征“下”的元件將定位在其他元件或特征“上” O因此，示例性術語“下”可以包含上和下方位兩者。裝置可以以其他方式定位(旋轉90度或位于其他方位)，這里所用的空間相對說明可相應地解釋。
[0019]本發明提供了一種碳化硅高壓MPS二極管的制造方法。其采用刻蝕凹槽的方法形成深的pn結，降低對高能離子注入的要求。用CVD 二次外延的方法生長高質量的P型導電層和高摻雜的P層，填充凹槽，并結合化學機械拋光(CMP)的方法進行平坦化，形成平面結構。在用二次外延方法進行生長和填充凹槽時，利用了二次外延生長的特點和凹槽的形貌，解決凹槽填充的難題。
[0020]如圖1所示，用CVD方法填充凹槽時往往底部的生長厚度還沒達到原平臺高度，頂部就已經密封在一起，形成了空洞。這是CVD生長原理所致。在凹槽底部工藝氣體含量比例少，反應生成物不能有效抽走，因此生長淀積的速率就慢。凹槽越深、越垂直、寬度越小即深寬比越高底部生長速率越慢。從表面往凹槽底部，越深的地方，相對于表面的生長速率越小。另一方面，隨著頂部開口處的寬度越小，底部的生長速率越慢，如圖2所示。如對于寬度和深度都為Iym的垂直凹槽，底部生長300nm時，平臺上可能已經生長了大于500nm，這樣在凹槽的頂部生長的材料可能已經連接起來，而在凹槽內形成了空洞。
[0021]如圖4所示，本發明根據凹槽底部和平臺上、以及不同深度處CVD外延生長的速率比，通過優化凹槽的形貌(即凹槽的傾角和深寬比)，使底部的生長厚度達到或接近原平臺時，頂部的生長還沒連接在一起，或才剛剛連接。凹槽的傾角越大，則底部的生長速率也越高，越接近臺面的速率，同時頂部的寬度大了也越難形成閉合，如圖3所示。這樣后續進行CMP拋光處理時只要過拋光掉原平臺一點厚度，就可以得到平整光滑的表面，而不會在原凹槽處留有凹坑。凹槽深度的選擇根據器件反向偏壓的要求，深寬比和凹槽的傾角根據CVD生長的速率比確定。如對于深度為0.8μπι的凹槽，可選凹槽底部寬度為0.6um，頂部寬度為1.2μmD
[0022]本發明的碳化硅高壓MPS二極管的制造方法包括如下步驟:
步驟一:如圖5所示，首先在η型外延材料上制作掩膜圖形(層)，掩膜材料可以用是介質，厚度要滿足以下刻蝕和注入掩膜的要求，如可以是2μπι Si02。介質掩膜的形貌如傾角可以通過刻蝕掩膜時的選擇比控制，需滿足下一步刻蝕SiC形貌的要求。
[0023]步驟二:如圖6所示，刻蝕SiC，沒有掩膜的地方刻蝕0.5um-lum深的SiC凹槽，并且掩膜也被刻蝕掉部分厚度，剩余掩膜的厚度要滿足后續離子注入阻擋的要求，如剩余Ιμπι。SiC凹槽的形貌可以由刻蝕工藝控制，根據S12掩膜的形貌及刻蝕選擇比決定了SiC凹槽的形貌。凹槽的形貌要求需滿足下一步SiC 二次外延填充凹槽的要求。
[0024]步驟三:如圖7所示，進行Al離子注入。在沒有掩膜的凹槽處Al直接注入到了SiC內，退火后形成摻雜。在有掩膜的地方，Al注入到了掩膜內，被掩膜阻擋而無法注入到SiC內。離子注入的能量小于等于200keV，注入的深度小于等于0.3μπι，如可以是0.1μπι-0.3μπι之間，濃度可以在lE17cm—3-lE18cm—3之間。離子注入的目的是為了在反向偏壓時更好的對導電溝道進行屏蔽，提高擊穿電壓。
[0025]步驟四:如圖8所示，用HF酸或BOE腐蝕去掉掩膜，并對SiC表面進行清洗，如用標準RCA清洗方法。
[0026]步驟五:進行犧牲氧化工藝，用熱氧化的方法生長一層薄的氧化層，厚度可以是lOnm-lOOnm，再用HF或BOE腐蝕掉氧化層。主要目的是去除刻蝕后表面的損傷層和粗糙層。
[0027]步驟六:如圖9所示，放入外延爐中進行p型二次外延生長。結合外延生長的工藝和前面控制的凹槽形貌，最終生長的P型層能夠完好的填充凹槽。外延層摻雜濃度大于1E19cm—3，在凹槽表面的一層約100_200nm為重摻雜，摻雜濃度大于5E19 cm—3。
[0028]步驟七:如圖10所示，用CMP方法進行拋光，把η層臺面上的P層全部去掉，并且也去掉部分的η層。這樣就得到了具有選擇性P摻雜的SiC材料。同時也完成了結終端結構。當然，結終端可以是其他的結構形式，如結終端擴展方式，設計制作方法為本領域工程師所熟知，這里不再說明。
[0029]步驟八:如圖11所示，背面淀積金屬，進行快速退火形成歐姆接觸。如，淀積10nmNi，進行1000 0C 2-5分鐘的快速退火。
[0030]步驟九:如圖12所示，在表面淀積金屬，形成肖特基接觸，并進行光刻腐蝕形成圖形。進行退火處理改善η型表面的肖特基接觸和在P型表面形成歐姆接觸。如，金屬材料可以是Ti，退火溫度為500°C。實驗表明，Ti在500°C下和高摻雜的P型材料形成歐姆接觸。
[0031 ]步驟十:如圖13所示，接著就是常規的工藝流程，為本領域工程師所熟知。淀積并形成電極金屬，如Al，4-5μηι厚。淀積鈍化介質，如Si02/SiN，厚度分別可以為300nm和300nmo并進行圖形化和選擇刻蝕，露出電極的金屬。涂布聚酰亞胺，進行圖形化，露出電極的金屬。進行烘烤固化。最后，在背面淀積電極金屬，如TiNiAg，總厚度大于Ιμπι。
[0032]上面所述只是為了說明本發明，應該理解為本發明并不局限于以上實施例，符合本發明思想的各種變通形式均在本發明的保護范圍之內。
【主權項】
1.一種碳化硅高壓MPS二極管的制造方法，其特征在于，所述制造方法包括如下步驟: 1)在η型外延材料上制作掩膜圖形層； 2)刻蝕SiC，在沒有掩膜的地方刻蝕出SiC凹槽； 3 )進行Al離子注入，在所述SiC凹槽處Al直接注入到了 SiC內，退火后形成摻雜； 4)用HF酸或BOE腐蝕去掉掩膜，并對SiC表面進行清洗； 5)用熱氧化的方法生長一層薄的氧化層，再用HF或BOE腐蝕掉氧化層； 6)放入外延爐中進行P型二次外延生長； 7)用CMP方法進行拋光，把η層臺面上的P層全部去掉，并且也去掉部分的η層； 8)背面淀積金屬，進行快速退火形成歐姆接觸； 9)在表面淀積金屬，形成肖特基接觸，并進行光刻腐蝕形成圖形； 10 )淀積并形成電極金屬。2.根據權利要求1所述的碳化硅高壓MPS二極管的制造方法，其特征在于，步驟2)中所述SiC凹槽的深度為0.5um_lum。3.根據權利要求1所述的碳化硅高壓MPS二極管的制造方法，其特征在于，步驟3)中Al離子注入的能量小于等于200keV，注入的深度小于等于0.3μπι;注入濃度在lE17cm—3_lE18cm—3 之間。4.根據權利要求1所述的碳化硅高壓MPS二極管的制造方法，其特征在于，步驟4)中對S i C表面進行清洗米用標準RCA清洗的方法。5.根據權利要求1所述的碳化硅高壓MPS二極管的制造方法，其特征在于，步驟5)中所述氧化層的厚度為I Onm-1 OOnm。6.根據權利要求1所述的碳化硅高壓MPS二極管的制造方法，其特征在于，步驟6)中二次外延生長的外延層摻雜濃度大于1E19 cm—3，在所述SiC凹槽表面的一層重摻雜，摻雜濃度大于5E19 cm—30
【文檔編號】H01L21/329GK105931950SQ201610275558
【公開日】2016年9月7日
【申請日】2016年4月29日
【發明人】倪煒江
【申請人】北京世紀金光半導體有限公司