[发明专利]一种用于碳化硅的低损伤离子注入方法及注入掩膜结构

说明书

本发明公开了半导体器件生产领域内的一种用于碳化硅的低损伤离子注入方法，包括如下步骤：在SiC外延片表面形成一层离子注入牺牲层SiO₂；在牺牲层SiO₂表面涂覆光刻胶；光刻、显影、曝光、高温碳化后形成离子注入阻挡层；借助上述图案化阻挡层，对上述SiC外延片进行离子注入；高温退火激活注入杂质，本发明采用固化后的光刻胶作为离子注入的阻挡层，简化了工艺，并且采用SiO₂介质层作为注入牺牲层来减小离子注入对SiC材料表面的损伤，可用于半导体器件生产中。

技术领域

本发明涉及一种半导体器件加工工艺，特别涉及一种用于碳化硅的低损伤离子注入方法。

背景技术

电力电子技术是使用例如晶闸管、GTO、IGBT等电力电子器件对电能进行变换和控制的一门电子技术，在当今能源开发和利用中发挥着举足轻重的作用。当前，传统的硅基电力电子器件的水平基本上维持在10⁹-10¹⁰W•Hz，已逼近了因寄生二极管制约而能达到的硅材料的极限。为了突破目前的器件极限，一般选择采用宽能带间隙材料的半导体器件，如碳化硅（SiC）或氮化镓（GaN）器件。

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，成为制作大功率、高频、耐高温、抗辐射器件的理想半导体材料。碳化硅电力电子器件的击穿电压可达到硅器件的十倍，而导通电阻仅为硅器件的数十分之一，开关速度快，热导率高，电能转换损耗小，散热系统简单，最终使整个系统的体积和重量显著降低。用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，是电力电子技术最为重要的发展方向，在军事和民事领域具有重要的应用前景。

由于SiC原子结构中C-Si键键能较高，杂质扩散所要求的温度(>1800℃)大大超过标准器件工艺的条件，传统的扩散掺杂工艺已经不能用于SiC的掺杂，离子注入技术成为了目前唯一适合于SiC材料的选择性掺杂技术，是pin二极管、JBS、MOSFET、JFET及IGBT等器件制备以及结终端保护工艺中形成P型SiC的有效手段。由于SiC比Si具有更大的密度，在同能量注入下，离子在SiC中能形成的注入深度会更小。如果注入离子在SiC材料中达到较深的注入区域，其注入能量可能需要达到MeV级别。然而高能量的离子注入会在注入区域的材料表面造成严重的损伤。同时，离子注入SiC材料的杂质浓度分布近似于高斯分布，一般都是采用多次不同能量不同剂量的多次注入叠加，得到较为均匀的矩形分布，但是在表面一定厚度范围内会存在明显的拖尾现象，如图5所示。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于碳化硅的低损伤离子注入方法及注入掩膜结构，采用SiO₂介质层作为注入牺牲层来减小离子注入对材料表面的损伤，同时能够解决离子注入SiC材料后的矩形杂质浓度分布不均匀现象。

本发明的目的是这样实现的：一种用于碳化硅的低损伤离子注入方法，包括如下步骤：

在SiC外延片表面形成一层离子注入牺牲层SiO₂；

在牺牲层SiO₂表面涂覆光刻胶；

光刻、显影、曝光、高温碳化后形成离子注入阻挡层；

借助上述图案化阻挡层，对上述SiC外延片进行离子注入；

高温退火激活注入杂质；

高温氧化去除碳层。

作为本发明的进一步限定，所述注入阻挡层的厚度取决于离子注入的最高能量。

作为本发明的进一步限定，所述注入阻挡层的厚度为1μm～3μm。

作为本发明的进一步限定，所述离子注入需要多次不同剂量和能量注入的组合。