[發明專利]一種碳化硅功率器件結終端的制造方法

有效

• 申請號: 201410044255.8
• 申請日: 2014-01-30
• 公開（公告）號: CN103824760B
• 公開（公告）日: 2017-04-26
• 發明（設計）人: 蔣華平;劉可安;吳煜東;李誠瞻;趙艷黎;吳佳;唐龍谷
• 申請（專利權）人: 株洲南車時代電氣股份有限公司
• 主分類號: H01L21/04
• 分類號: H01L21/04
• 代理公司: 北京聿宏知識產權代理有限公司11372
• 代理人: 吳大建,劉華聯

技術領域

本發明涉及一種碳化硅功率器件結終端的制造方法。

背景技術

相對于以硅為代表的第一代半導體和以砷化鎵為代表的第二代半導體，第三代半導體的碳化硅具有更大的禁帶寬度和臨界擊穿電場，較為適合制造高溫大功率半導體器件。目前來看，碳化硅功率器件是國際上的開發熱點。

就功率器件而言，需要對結終端進行良好設計。合理設計的結終端不僅是確保功率器件耐壓能力的關鍵，也是保證功率器件可靠工作的重要部分。其中，場限環是縱向功率半導體器件的常用結終端結構，可以與主結同時制作也可以單獨制作。

碳化硅功率器件的結終端，特別是在高壓情形下，通常采用浮空場限環的終端結構。如圖1所示，其外延層10’的摻雜濃度相對較高，同樣的電壓等級下比硅器件高一個量級以上，因此場限環30’外側（遠離主結50’的一側）的上表面的尖角位置A處的電場更易于出現尖峰電場。此外，受工藝條件的限制，通常碳化硅功率器件結終端表面的鈍化層60’可能是通過淀積得到的二氧化硅，也可能是其它以各種形式引入的薄膜，但都可能引入較高的表面電荷。這些表面電荷可加劇場限環30’外側的上表面的尖角位置A處的電場集中，即，導致尖角位置A處的電場增加，降低了功率器件的耐壓能力。

針對上述結構存在的問題，現有技術中通過在主結50’與場限環30’之間以及場限環30’之間引入合適的總摻雜劑量的電荷補償層40’，以使該電荷補償層40’能夠充分起到電荷補償作用的同時，在功率器件反向偏置時電荷補償層40’能被完全耗盡。

現有技術中，在結終端的制作過程中，通過增加一次離子注入或者增加一次碳化硅外延工藝來實現電荷補償層40’，但是，碳化硅的離子注入和碳化硅的外延工藝，成本都較高，這導致功率器件的制造成本高。因此，急需一種工藝簡單、成本低的碳化硅功率器件結終端的制造方法。

發明內容

針對上述的問題，本發明提出了一種碳化硅功率器件結終端的制造方法，這種功率器件結終端的制造方法工藝簡單，成本低。

根據本發明的一方面，提出了一種碳化硅功率器件結終端的制造方法，包括以下步驟：步驟1：在外延層上形成犧牲層；步驟2：在犧牲層上制作掩膜，以形成場限環的注入窗口；步驟3：刻蝕犧牲層的未被掩膜覆蓋的部分；步驟4：去除掩膜；步驟5：注入離子，以同時形成場限環以及位于犧牲層下方的電荷補償層。

通過本發明的碳化硅功率器件結終端的制造方法，借助于外延層上形成的犧牲層，一次離子注入同時實現場限環和電荷補償層，工藝簡單，制造成本低。

在一個實施例中，所述碳化硅功率器件結終端的制造方法還包括步驟6：去除犧牲層。由于離子注入會帶來外延層的結構損傷，去除犧牲層便于后續的高溫退火或者其它處理。

在一個實施例中，步驟1中淀積二氧化硅形成形成犧牲層。由于淀積二氧化硅工藝簡單，成本低，所以降低了本發明的結終端的制造方法的成本。

在一個實施例中，犧牲層的厚度為50nm-2000nm。由此注入離子后在犧牲層的下方形成的電荷補償層充分起到電荷補償作用，并且在功率器件反向偏置時電荷補償層能被完全耗盡。

在一個實施例中，步驟2中還形成主結的注入窗口，以在步驟5中還同時形成主結。從而主結與場限環以及電荷補償層能夠同時形成，簡化了碳化硅功率器件結終端的制造工藝，降低了制造成本。

在一個實施例中，步驟2中采用光刻制作掩膜。采用光刻可以精確地控制掩膜的外形輪廓，提高了該工藝的精確性。

在一個實施例中，步驟3中采用干法刻蝕犧牲層的未被掩膜覆蓋的部分。由于干刻蝕可直接利用光阻作阻絕遮幕，并且具有能兼顧邊緣側向極微的侵蝕以及高蝕刻率的優點。

在一個實施例中，步驟4中采用濕法腐蝕去除掩膜。鑒于濕法腐蝕的速率快、各向異性差、成本低，由此使得去除掩膜的工藝速度，降低結終端制造成本。

在一個實施例中，步驟5中高溫注入離子。采用高溫注入離子能夠較好的控制注入的缺陷，保證外延層厚度均勻。

需要說明的是，本發明所述的碳化硅功率器件為平面器件，其特點是采用平面工藝制造，整個器件通常是片狀方形。因此，本發明中所述的方位術語“上”為水平放置時背離地面的方向。“下”為與上相反的方向。