本發明屬于半導體(ti)芯片，尤其是涉及一種改善(shan)碳化硅二極(ji)管(guan)表面接觸的工藝方法。

背景技術：

1、碳(tan)(tan)(tan)化(hua)(hua)硅(gui)(gui)材料(liao)是(shi)一個具有(you)(you)獨特物理和化(hua)(hua)學特性的(de)(de)化(hua)(hua)合物半導(dao)體材料(liao)，其具有(you)(you)非(fei)常高(gao)的(de)(de)硬度、化(hua)(hua)學穩定性和高(gao)的(de)(de)熱導(dao)率(lv)。相對于硅(gui)(gui)來(lai)說，它(ta)展現出(chu)了寬禁帶、高(gao)臨界(jie)電場強度和高(gao)飽(bao)和遷移率(lv)特性。這些特性使得碳(tan)(tan)(tan)化(hua)(hua)硅(gui)(gui)在半導(dao)體材料(liao)中出(chu)類拔萃(cui)，可以用于制造高(gao)功率(lv)電子元器件，目前已經實(shi)現了碳(tan)(tan)(tan)化(hua)(hua)硅(gui)(gui)二(er)極(ji)(ji)(ji)管(guan)和mosfet的(de)(de)商業化(hua)(hua)生產，目前應用比較成熟的(de)(de)碳(tan)(tan)(tan)化(hua)(hua)硅(gui)(gui)二(er)極(ji)(ji)(ji)管(guan)結構(gou)采用jbs或者(zhe)mps的(de)(de)結構(gou)，暨在有(you)(you)源區(qu)形成p區(qu)域和n區(qu)域交替(ti)的(de)(de)結構(gou)，通過設(she)計不同的(de)(de)尺寸(cun)組合，實(shi)現兼容肖特基二(er)極(ji)(ji)(ji)管(guan)的(de)(de)正向低壓降，和pn二(er)極(ji)(ji)(ji)管(guan)的(de)(de)反向低漏電流。因此要求正面金屬在n型(xing)區(qu)是(shi)肖特基接(jie)觸，而在p型(xing)區(qu)是(shi)歐姆接(jie)觸。

2、現(xian)在(zai)碳(tan)(tan)化(hua)硅功率芯片都是采用n型外延層，由于(yu)碳(tan)(tan)化(hua)硅材(cai)料中離子(zi)擴散的(de)(de)(de)(de)(de)系數很小(xiao)，因此p型區(qu)(qu)域的(de)(de)(de)(de)(de)獲(huo)(huo)得通(tong)過高溫離子(zi)注入的(de)(de)(de)(de)(de)方式形成(cheng)；在(zai)考慮(lv)正(zheng)面(mian)n型區(qu)(qu)肖(xiao)特(te)基(ji)接(jie)觸(chu)(chu)(chu)和p型區(qu)(qu)歐姆接(jie)觸(chu)(chu)(chu)的(de)(de)(de)(de)(de)工藝(yi)方面(mian)，主(zhu)流(liu)方法有兩種：選用單種金(jin)屬(shu)ti在(zai)n型區(qu)(qu)形成(cheng)肖(xiao)特(te)基(ji)接(jie)觸(chu)(chu)(chu)，p型區(qu)(qu)的(de)(de)(de)(de)(de)歐姆接(jie)觸(chu)(chu)(chu)通(tong)過重摻(chan)雜的(de)(de)(de)(de)(de)方式，獲(huo)(huo)得和金(jin)屬(shu)的(de)(de)(de)(de)(de)接(jie)近理想(xiang)的(de)(de)(de)(de)(de)歐姆接(jie)觸(chu)(chu)(chu)（重摻(chan)雜的(de)(de)(de)(de)(de)pn結(jie)可(ke)(ke)以產生顯(xian)著的(de)(de)(de)(de)(de)隧(sui)道電(dian)(dian)(dian)流(liu)，金(jin)屬(shu)和半(ban)導體(ti)(ti)接(jie)觸(chu)(chu)(chu)時(shi)，如(ru)果(guo)半(ban)導體(ti)(ti)摻(chan)雜濃(nong)度(du)很高，則勢(shi)壘區(qu)(qu)變(bian)得很薄(bo)，電(dian)(dian)(dian)子(zi)也要(yao)通(tong)過隧(sui)道效應貫穿(chuan)勢(shi)壘產生相(xiang)當大的(de)(de)(de)(de)(de)隧(sui)道電(dian)(dian)(dian)流(liu)，甚至超過熱電(dian)(dian)(dian)子(zi)發射電(dian)(dian)(dian)流(liu)而成(cheng)為電(dian)(dian)(dian)流(liu)的(de)(de)(de)(de)(de)主(zhu)要(yao)成(cheng)分。當隧(sui)道電(dian)(dian)(dian)流(liu)占據(ju)主(zhu)導地位時(shi)，它(ta)的(de)(de)(de)(de)(de)接(jie)觸(chu)(chu)(chu)電(dian)(dian)(dian)阻可(ke)(ke)以很小(xiao)，可(ke)(ke)以用作(zuo)歐姆接(jie)觸(chu)(chu)(chu)，因此半(ban)導體(ti)(ti)重摻(chan)雜時(shi)，它(ta)與(yu)金(jin)屬(shu)的(de)(de)(de)(de)(de)接(jie)觸(chu)(chu)(chu)可(ke)(ke)以形成(cheng)接(jie)近理想(xiang)的(de)(de)(de)(de)(de)歐姆接(jie)觸(chu)(chu)(chu)。）

3、此方式的(de)(de)缺(que)點(dian)是，大(da)劑量的(de)(de)離子(zi)注入會對碳化(hua)硅表面(mian)的(de)(de)損(sun)傷加(jia)大(da)，尤其在n區和p區交(jiao)界(jie)(jie)的(de)(de)位置，由于(yu)n需要肖特基(ji)接觸，大(da)的(de)(de)表面(mian)損(sun)傷，會是碳化(hua)硅的(de)(de)肖特基(ji)接觸缺(que)陷(xian)增(zeng)加(jia)，在交(jiao)界(jie)(jie)區域出現漏電增(zeng)大(da)，良(liang)率損(sun)失的(de)(de)情況(kuang)；

4、歐姆接(jie)(jie)觸(chu)(chu)和(he)(he)肖特基接(jie)(jie)觸(chu)(chu)選(xuan)用不同(tong)的(de)金(jin)屬，適(shi)應(ying)碳化硅(gui)在n型區和(he)(he)p型區的(de)不同(tong)接(jie)(jie)觸(chu)(chu)要求，不采用重摻雜的(de)方式(shi)獲(huo)得歐姆接(jie)(jie)觸(chu)(chu)，需要在p型區制(zhi)定專用的(de)接(jie)(jie)觸(chu)(chu)金(jin)屬，然后再制(zhi)作肖特基接(jie)(jie)觸(chu)(chu)的(de)金(jin)屬。此方式(shi)的(de)缺(que)點是增加了一次(ci)光(guang)刻和(he)(he)金(jin)屬淀積，制(zhi)造成本(ben)上升。

技術實現思路

1、鑒于上述問(wen)題，本發(fa)明提供一種改善(shan)碳化(hua)硅(gui)二(er)極管(guan)表面接觸的工藝方法，以解決現有技術存在(zai)的以上或者(zhe)其(qi)他前者(zhe)問(wen)題。

2、為解決上(shang)述技術(shu)(shu)問(wen)題(ti)，本發明采用的技術(shu)(shu)方案是(shi)：一種改善碳化硅二極管表面接觸(chu)的工(gong)藝方法，包括以(yi)下(xia)步驟，

3、在襯(chen)底的外延層(ceng)上制備掩膜層(ceng)；

4、進行(xing)第一次離子注入，形成第一離子注入區(qu)；

5、對第(di)一次離子注(zhu)入(ru)后的襯底(di)進(jin)行氧化，形成氧化層；

6、進行(xing)第二(er)次離子注(zhu)入，形成第二(er)離子注(zhu)入區；

7、去除掩膜層(ceng)和氧化層(ceng)。

8、進一(yi)步(bu)的，采用沉積(ji)方式制備掩膜層，掩膜層的材質與外延層的材質不(bu)相同(tong)。

9、進(jin)一(yi)步的(de)，掩膜(mo)層(ceng)的(de)材質為硅。

10、進(jin)一步的，掩膜層的厚(hou)度為1-2μm。

11、進(jin)一(yi)步的，在第(di)一(yi)次離(li)子注(zhu)入之前，對掩(yan)膜(mo)層進(jin)行光刻(ke)、刻(ke)蝕及去(qu)膠，形成離(li)子注(zhu)入窗口。

12、進(jin)一步(bu)的(de)，掩膜層(ceng)(ceng)被氧(yang)化(hua)(hua)后(hou)形成第(di)一氧(yang)化(hua)(hua)層(ceng)(ceng)，未被掩膜層(ceng)(ceng)覆蓋的(de)外延(yan)層(ceng)(ceng)被氧(yang)化(hua)(hua)后(hou)形成第(di)二氧(yang)化(hua)(hua)層(ceng)(ceng)，第(di)一氧(yang)化(hua)(hua)層(ceng)(ceng)的(de)厚度大于第(di)二氧(yang)化(hua)(hua)層(ceng)(ceng)的(de)厚度。

13、進一(yi)步(bu)的，通(tong)過干(gan)氧化(hua)(hua)或濕氧化(hua)(hua)方式進行氧化(hua)(hua)，氧化(hua)(hua)溫度(du)為1000-1200℃。

14、進一步的，第一離子注入(ru)區的寬度大于(yu)第二離子注入(ru)區的寬度。

15、進(jin)一步的，第(di)一次(ci)離(li)子(zi)注(zhu)(zhu)入(ru)(ru)(ru)時(shi)(shi)的離(li)子(zi)注(zhu)(zhu)入(ru)(ru)(ru)劑(ji)量小(xiao)于(yu)(yu)第(di)二次(ci)離(li)子(zi)注(zhu)(zhu)入(ru)(ru)(ru)時(shi)(shi)的離(li)子(zi)注(zhu)(zhu)入(ru)(ru)(ru)劑(ji)量，所述第(di)一次(ci)離(li)子(zi)注(zhu)(zhu)入(ru)(ru)(ru)時(shi)(shi)的離(li)子(zi)注(zhu)(zhu)入(ru)(ru)(ru)能量大于(yu)(yu)第(di)二次(ci)離(li)子(zi)注(zhu)(zhu)入(ru)(ru)(ru)時(shi)(shi)的離(li)子(zi)注(zhu)(zhu)入(ru)(ru)(ru)能量。

16、進一步的，第一離子(zi)注入時的離子(zi)注入劑(ji)量(liang)小于1x1014atom/cm-2，第二離子(zi)注入時的離子(zi)注入劑(ji)量(liang)大(da)于1x1014atom/cm-2。

17、由于(yu)采(cai)用上述(shu)技術方(fang)案，在(zai)(zai)碳化(hua)(hua)(hua)硅(gui)二極管(guan)制(zhi)備過程(cheng)中，在(zai)(zai)外(wai)(wai)延(yan)層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)上制(zhi)備一(yi)(yi)掩(yan)(yan)(yan)膜層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)，掩(yan)(yan)(yan)膜層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)的(de)(de)(de)(de)材(cai)質與外(wai)(wai)延(yan)層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)的(de)(de)(de)(de)材(cai)質不(bu)相(xiang)(xiang)同(tong)(tong)，外(wai)(wai)延(yan)層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)的(de)(de)(de)(de)材(cai)質為碳化(hua)(hua)(hua)硅(gui)，掩(yan)(yan)(yan)膜層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)的(de)(de)(de)(de)材(cai)質為多晶(jing)硅(gui)；通過光刻和刻蝕方(fang)式在(zai)(zai)掩(yan)(yan)(yan)膜層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)上制(zhi)備溝槽結(jie)構(gou)，形(xing)成離子(zi)(zi)注入窗口(kou)，在(zai)(zai)第(di)(di)(di)一(yi)(yi)次(ci)離子(zi)(zi)注入后(hou)(hou)，對設有掩(yan)(yan)(yan)膜層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)和外(wai)(wai)延(yan)層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)的(de)(de)(de)(de)襯底進行氧(yang)(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)，使(shi)得掩(yan)(yan)(yan)膜層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)與未被(bei)掩(yan)(yan)(yan)膜層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)覆蓋的(de)(de)(de)(de)外(wai)(wai)延(yan)層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)同(tong)(tong)時(shi)被(bei)氧(yang)(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)，掩(yan)(yan)(yan)膜層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)被(bei)氧(yang)(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)后(hou)(hou)形(xing)成第(di)(di)(di)一(yi)(yi)氧(yang)(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)，碳化(hua)(hua)(hua)硅(gui)被(bei)氧(yang)(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)后(hou)(hou)形(xing)成第(di)(di)(di)二氧(yang)(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)，使(shi)得溝槽結(jie)構(gou)的(de)(de)(de)(de)寬度(du)(du)減小，因(yin)此，在(zai)(zai)第(di)(di)(di)二次(ci)離子(zi)(zi)注入時(shi)，離子(zi)(zi)注入窗口(kou)的(de)(de)(de)(de)寬度(du)(du)減小，使(shi)得第(di)(di)(di)二次(ci)摻雜(za)(za)(za)區(qu)(qu)域(yu)位于(yu)第(di)(di)(di)一(yi)(yi)次(ci)摻雜(za)(za)(za)區(qu)(qu)域(yu)內(nei)部(bu)，不(bu)會出現(xian)在(zai)(zai)第(di)(di)(di)一(yi)(yi)次(ci)摻雜(za)(za)(za)區(qu)(qu)域(yu)與外(wai)(wai)延(yan)層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)相(xiang)(xiang)鄰的(de)(de)(de)(de)邊(bian)界區(qu)(qu)域(yu)，在(zai)(zai)得到歐(ou)姆接觸面的(de)(de)(de)(de)同(tong)(tong)時(shi)不(bu)會破壞肖特基接觸面的(de)(de)(de)(de)表面狀態，保證碳化(hua)(hua)(hua)硅(gui)二極管(guan)的(de)(de)(de)(de)生產良率；由于(yu)掩(yan)(yan)(yan)膜層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)和外(wai)(wai)延(yan)層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)的(de)(de)(de)(de)材(cai)質不(bu)相(xiang)(xiang)同(tong)(tong)，被(bei)氧(yang)(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)后(hou)(hou)形(xing)成的(de)(de)(de)(de)氧(yang)(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)的(de)(de)(de)(de)厚度(du)(du)不(bu)相(xiang)(xiang)同(tong)(tong)，掩(yan)(yan)(yan)膜層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)被(bei)氧(yang)(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)后(hou)(hou)形(xing)成的(de)(de)(de)(de)第(di)(di)(di)一(yi)(yi)氧(yang)(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)的(de)(de)(de)(de)厚度(du)(du)大于(yu)外(wai)(wai)延(yan)層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)被(bei)氧(yang)(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)后(hou)(hou)形(xing)成的(de)(de)(de)(de)第(di)(di)(di)二氧(yang)(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)的(de)(de)(de)(de)厚度(du)(du)，在(zai)(zai)第(di)(di)(di)二次(ci)離子(zi)(zi)注入時(shi)，阻擋一(yi)(yi)部(bu)分的(de)(de)(de)(de)能量，使(shi)得注入的(de)(de)(de)(de)峰值濃度(du)(du)向表面移動，優化(hua)(hua)(hua)摻雜(za)(za)(za)效果；在(zai)(zai)碳化(hua)(hua)(hua)硅(gui)二極管(guan)制(zhi)備過程(cheng)中，在(zai)(zai)沒(mei)(mei)有增加光刻步驟(zou)的(de)(de)(de)(de)情況下，實現(xian)碳化(hua)(hua)(hua)硅(gui)二極管(guan)性能的(de)(de)(de)(de)改善，沒(mei)(mei)有增加成本。

技術特征：

1.一種改(gai)善碳(tan)化硅(gui)二極管表面接觸的工藝方法，其(qi)特征在于：包括以下步驟，

2.根據(ju)權(quan)利要求1所(suo)述(shu)(shu)的(de)(de)改善碳化(hua)硅二極管表面接觸的(de)(de)工(gong)藝方法(fa)，其(qi)特征在于：采用沉積方式制備所(suo)述(shu)(shu)掩(yan)膜(mo)層，所(suo)述(shu)(shu)掩(yan)膜(mo)層的(de)(de)材質與所(suo)述(shu)(shu)外延層的(de)(de)材質不(bu)相同。

3.根據權利(li)要(yao)求2所(suo)述的(de)改善碳化硅二(er)極管表面(mian)接觸(chu)的(de)工藝方法，其特征(zheng)在于：所(suo)述掩膜層的(de)材質為硅。

4.根據權(quan)利要求3所述(shu)的改(gai)善碳化硅二極管表面接觸的工藝方法，其特征(zheng)在于(yu)：所述(shu)掩膜層的厚度(du)為1-2μm。

5.根據權利要求1-4任一項所述的改(gai)善碳化硅二極管表面接觸的工藝方法，其特(te)征在(zai)于：在(zai)第一次離(li)子注入之前(qian)，對所述掩膜層進行光刻(ke)、刻(ke)蝕及去膠，形成離(li)子注入窗(chuang)口(kou)。

6.根據權利要求5所(suo)述(shu)(shu)的改善碳化(hua)(hua)(hua)硅(gui)二極(ji)管表面接觸的工藝方法，其特征在于(yu)：所(suo)述(shu)(shu)掩膜(mo)層(ceng)被氧(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)后形成第(di)一(yi)氧(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)層(ceng)，所(suo)述(shu)(shu)未被掩膜(mo)層(ceng)覆(fu)蓋(gai)的外(wai)延層(ceng)被氧(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)后形成第(di)二氧(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)層(ceng)，所(suo)述(shu)(shu)第(di)一(yi)氧(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)層(ceng)的厚度大于(yu)所(suo)述(shu)(shu)第(di)二氧(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)層(ceng)的厚度。

7.根據權利要求6所述(shu)的(de)改(gai)善碳化硅二極(ji)管表面接(jie)觸的(de)工藝方法，其特征在于：通過(guo)干(gan)氧(yang)化或濕氧(yang)化方式進行氧(yang)化，氧(yang)化溫度(du)為1000-1200℃。

8.根(gen)據權利(li)要求1-4和(he)6-7任一項所述(shu)的改善碳化硅二極管表面(mian)接觸的工藝方法，其特(te)征在于：所述(shu)第(di)一離(li)子注入(ru)區的寬度大于所述(shu)第(di)二離(li)子注入(ru)區的寬度。

9.根(gen)據權利要求8所(suo)述的(de)改善碳化硅二(er)(er)極(ji)管表面接(jie)觸的(de)工藝方法，其特(te)征在于(yu)：所(suo)述第一(yi)次(ci)離(li)(li)子注入(ru)時(shi)的(de)離(li)(li)子注入(ru)劑(ji)量(liang)小于(yu)所(suo)述第二(er)(er)次(ci)離(li)(li)子注入(ru)時(shi)的(de)離(li)(li)子注入(ru)劑(ji)量(liang)，所(suo)述第一(yi)次(ci)離(li)(li)子注入(ru)時(shi)的(de)離(li)(li)子注入(ru)能量(liang)大(da)于(yu)第二(er)(er)次(ci)離(li)(li)子注入(ru)時(shi)的(de)離(li)(li)子注入(ru)能量(liang)。

10.根據(ju)權利要(yao)求9所(suo)述(shu)的改善碳化硅二(er)極管表面接觸的工藝方法，其特(te)征在于：所(suo)述(shu)第(di)一離子(zi)注(zhu)入(ru)時的離子(zi)注(zhu)入(ru)劑(ji)量小于1x1014atom/cm-2，所(suo)述(shu)第(di)二(er)離子(zi)注(zhu)入(ru)時的離子(zi)注(zhu)入(ru)劑(ji)量大于1x1014atom/cm-2。

技術總結
本發明提供一種改善碳化硅二極管表面接觸的工藝方法，包括以下步驟，在襯底的外延層上制備掩膜層；進行第一次離子注入，形成第一離子注入區；對第一次離子注入后的襯底進行氧化，形成氧化層；進行第二次離子注入，形成第二離子注入區；去除掩膜層和氧化層。本發明的有益效果是掩膜層與未被掩膜層覆蓋的外延層同時被氧化，形成氧化層，在第二次離子注入時，離子注入窗口的寬度減小，使得第二次摻雜區域位于第一次摻雜區域內部，不會出現在第一次摻雜區域與外延層相鄰的邊界區域，在得到歐姆接觸面的同時不會破壞肖特基接觸面額的表面狀態，保證碳化硅二極管的生產良率。

技術研發人員：張敬偉,敖松泉,徐長坡,張新玲,趙宇軒,白晶磊,姚一鳴,曹鑫齊,沙世奇
受保護的技術使用者：TCL環鑫半導體（天津）有限公司
技術研發日：
技術公布日：2024/10/24