[發明專利]一種精確控制碳化硅高溫離子注入掩模陡直性的方法

有效

• 申請號: 201310570937.8
• 申請日: 2013-11-13
• 公開（公告）號: CN103560078A
• 公開（公告）日: 2014-02-05
• 發明（設計）人: 劉新宇;湯益丹;許恒宇;蔣浩杰;趙玉印;申華軍;白云;楊謙
• 申請（專利權）人: 中國科學院微電子研究所
• 主分類號: H01L21/04
• 分類號: H01L21/04;H01L21/266
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 任巖

技術領域

本發明涉及離子注入掩模制備技術和刻蝕/腐蝕技術領域，具體涉及一種精確控制碳化硅(SiC)高溫離子注入掩模陡直性的方法。

背景技術

碳化硅材料具有優良的物理和電學特性，以其寬的禁帶寬度、高的熱導率、大的飽和漂移速度和高的臨界擊穿電場等獨特優點，成為制作高功率、高頻、耐高溫、抗輻射器件的理想半導體材料，在軍事和民事方面具有廣闊的應用前景。以SiC材料制備的電力電子器件已成為目前半導體領域的熱點器件和前沿研究領域之一。

掩模技術是半導體制造中的重要工藝之一，它是進行選擇性摻雜，保護退火的一種重要方法。最常用的離子注入掩模是絕緣掩蔽膜和金屬掩蔽膜，雖然金屬掩蔽膜具有較大的阻止本領，見專利ZL200610108343.5野中賢一等“離子注入掩模、碳化硅半導體器件及他們的制造方法”，但是金屬掩蔽層的去除非常困難，在樣品表面不能完全去除，易導致器件的表面漏電，造成器件性能變差甚至失效。因此，在高溫高能離子注入領域中，主要用的是絕緣掩蔽薄膜。

對于碳化硅電力電子器件來說，為獲得均一性良好的箱型注入，基本上都需要進行高溫、高能多次注入，根據LSS理論，需要的注入掩模厚度較厚，如用多晶硅、SiO₂、Si₃N₄介質作注入掩模層時，都需要達到微米量級；

同時，為實現SiC電力電子器件終端保護環設計結構的選擇性摻雜，以及JBS器件有源區P+柵格的選擇性摻雜，都需要對厚介質掩模進行圖形光刻并刻蝕出選擇性注入區域，特別是針對高壓器件終端保護環結構，如1200V?SiC?JBS器件，場限環終端保護結構就需要15個，間距為1μm(甚至間距更小)的保護環。如果厚介質掩模制作不光滑、陡直，就會造成選擇性離子注入區域摻雜不均勻，特別是環的邊緣處不均勻，很容易造成電場分布的不均勻，從而引起器件擊穿性能的下降。所以，這種選擇性區域的厚介質離子注入掩模的制作，非常關鍵，對刻蝕的要求非常高，需要精確控制刻蝕面的角度，形成光滑、陡直的側壁。為避免金屬造成的污染，一般采用光刻膠作為介質掩模的刻蝕阻擋層，但光刻膠很容易在干法刻蝕過程中變形，刻蝕阻擋層的變化，會引起刻蝕面的形變，得不到碳化硅器件制造過程中所需的側壁陡直的離子注入掩模。

本發明選擇合適的刻蝕阻擋層材料和刻蝕技術，可以精確的對刻蝕面進行角度控制，得到側壁光滑、陡直的厚介質離子注入掩蔽層，保證了選擇性離子注入區域內的均一性良好、可控性強，提高了器件擊穿性能。

發明內容

(一)要解決的技術問題

為實現選擇性離子注入區域摻雜均勻，提高器件擊穿特性，本發明提出了一種精確控制碳化硅高溫離子注入掩模陡直性的方法。

(二)技術方案

為達到上述目的，本發明提供了一種精確控制碳化硅高溫離子注入掩模陡直性的方法，包括以下步驟：清洗碳化硅外延襯底；在碳化硅外延襯底表面生長足以抵擋高溫高能量離子注入的高溫離子注入掩蔽層；在高溫離子注入掩蔽層上生長用于控制刻蝕工藝的刻蝕阻擋層；在刻蝕阻擋層上涂敷光刻膠，采用光刻顯影技術在刻蝕阻擋層表面形成選擇性高溫離子區域窗口；從選擇性高溫離子區域窗口依次對刻蝕阻擋層和高溫離子注入掩蔽層進行刻蝕直至碳化硅外延襯底的表面；去除光刻膠及剩余的刻蝕阻擋層，得到側壁光滑、陡直、可控的厚介質離子注入掩蔽層。

上述方案中，所述清洗碳化硅外延襯底采用標準RCA清洗，并用N₂吹干。

上述方案中，所述高溫離子注入掩蔽層采用的材料是多晶硅、SiO₂、Si₃N₄中的任一種或者多種組合。

上述方案中，所述刻蝕阻擋層采用的材料是與高溫離子注入掩蔽層的腐蝕或刻蝕選擇比高于10的材料，例如非晶硅或單晶硅。

上述方案中，所述從選擇性高溫離子區域窗口依次對刻蝕阻擋層和高溫離子注入掩蔽層進行刻蝕，采用一次刻蝕形成，或者采用分步或分設備刻蝕形成。

上述方案中，所述刻蝕阻擋層采用非晶硅，所述對刻蝕阻擋層進行刻蝕，采用干法刻蝕使用的刻蝕氣體為HBr、Cl₂中的任一種或其混合物，必要時還可以添加SF₆、O₂等氣體。