一种通过激光刻蚀碳化硅制备碳化硅超结结构的方法技术

本发明专利技术提供了一种制备碳化硅超结结构的方法，首先采用激光刻蚀对碳化硅外延片进行图形化刻蚀，以在所述碳化硅外延片表面形成沟槽，然后在沟槽中外延生长碳化硅，以形成碳化硅超结结构。本发明专利技术通过激光刻蚀来制备碳化硅超结结构，在SiC上刻蚀形成沟槽的效率明显增加，深宽比明显提升，同时具有均匀性好、沟槽侧壁光滑、工艺简单、可操作性强等优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于半导体领域，尤其涉及一种通过激光刻蚀碳化硅制备碳化硅超结结构的方法。
技术介绍
碳化硅(SiC)材料作为第三代半导体材料具有高临界击穿电场、高的热导率、高的饱和电子漂移速度、优越的机性能和物理、化学稳定性等特点，在高温、高压、高频、大功率、抗辐射等领域。由于SiC的临界临界击穿电场强度约为硅的十倍，而饱和电子漂移速度与硅相当，因此SiC功率器件的耐压可以比硅做的更高，同等击穿电压下的比通态电阻也约为硅的百分之一。由于硅材料特性的限制，一般硅基功率MOSFET的工作电压范围在1200V以内，而硅基IGBT器件最大的反向击穿电压仅为6500V。而报道的SiC基MOSFET最高击穿电压已经达到了10kV，SiCIGBT报道过的最高耐压也达到了20kV。并且它们做成的功率模块也有着比硅基器件更高的工作频率、更低的功耗。但是，功率器件的外延层厚度随着设计耐压的升高而升高，对于SiC器件当反向击穿电压达到10kV时，其外延层厚度要达到100μm以上。而传统的CVD方法生长速率只有4-6μm/小时。显然，这种生长条件增加了SiC功率器件的制造成本，不能满足当前市场的要求，也减缓了SiC功率器件的研究进程。虽然，SiC快速同质外延生长技术也获得了较高的生长速度，如：采用垂直热壁CVD系统，温度在1700℃-1800℃时，生长速率达到了50-80um/h；通过在传统气体源中添加HCl或者使用Cl元素的反应源(SiHCl3和CH3SiCl3等)来抑制硅的气相成核，在1600℃下也获得了100μm的生长速度。但是快速外延生长的外延片缺陷密度水平依然很高，影响了所制备器件的可靠性。超结结构是硅基功率器件发展过程中提出的一项解决比通态电阻与反向耐压关系的方案，通过对外延层刻蚀并再生长后，制备出的P型区与N型区间隔的结构(如图1所示)，使得器件在反向工作时，电场在漂移区中均匀分布，这样就使得固定的耐压下，外延层所需厚度降低一倍。也就是说在不影响反向耐压的情况下，降低了一半的外延层厚度。为了解决SiC高压器件如：PiN、MOSFET等随着击穿电压的升高所需外延层厚度升高的问题，硅基器件中的超结结构被考虑。但是，超结结构需要精准的调节P型区域N型区的宽度和浓度，以达到匹配的目的，因此需刻蚀出高深宽比、高均匀性以及无缺陷大的沟槽形貌。而传统的等离子刻蚀方法刻蚀SiC的效率低，工艺复杂、沟槽均匀性差、沟槽形貌调节难度高等问题。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题本专利技术的目的在于，提供一种通过激光刻蚀碳化硅制备碳化硅超结结构的方法，其具有效率高、工艺简单、沟槽均匀性好的优点。(二)技术方案本专利技术提供一种制备碳化硅超结结构的方法，包括：S1，采用激光刻蚀对碳化硅外延片进行图形化刻蚀，以在碳化硅外延片表面形成沟槽；S2，在沟槽中外延生长碳化硅，以形成碳化硅超结结构，其中外延生长的碳化硅的掺杂类型与所述碳化硅外延片的掺杂类型不同。(三)有益效果本专利技术通过激光刻蚀来制备碳化硅超结结构，在SiC上刻蚀形成沟槽的效率明显增加，深宽比明显提升，同时具有均匀性好、沟槽侧壁光滑、工艺简单、可操作性强等优点。附图说明图1是本专利技术通过激光刻蚀碳化硅制备碳化硅超结结构的流程图。图2是SiC外延片剖面示意图。图3是淀积了高反光层薄膜的SiC外延片剖面示意图。图4是旋涂光刻胶并且在光刻胶上形成刻蚀图形后的剖面示意图。图5是将刻蚀图形转移到高反光层上并且去除光刻胶后的剖面示意图。图6是在高反光层掩膜下激光照射到SiC的剖面示意图。图7是激光刻蚀SiC后形成沟槽的剖面示意图。图8是去除高反层后的沟槽剖面示意图。图9是外延生长了P型SiC后的剖面示意图。图10是P型SiC表面经过剖光但没有完全去除的SiC超结结构剖面示意图。图11是未去除高反层直接外延生长P型SiC后的剖面示意图。图12是经过剖光到N型层后的SiC超结结构的剖面示意图。图13是淀积了高反光层的石英玻璃片的剖面示意图。图14是旋涂光刻胶并且在光刻胶上形成刻蚀图形后的石英玻璃剖面示意图。图15是将光刻胶上的刻蚀图形转移到高反光层上后的高反光掩膜板剖面示意图。图16是利用高反光掩膜板做掩膜进行激光刻蚀的光路示意图。图17是电脑控制光快门和振镜进行激光直写刻蚀的光路示意图具体实施方式本专利技术提供一种制备碳化硅超结结构的方法，首先采用激光刻蚀对碳化硅外延片进行图形化刻蚀，以在所述碳化硅外延片表面形成沟槽，然后在沟槽中外延生长碳化硅，以形成碳化硅超结结构。本专利技术通过激光刻蚀来制备碳化硅超结结构，在SiC上刻蚀形成沟槽的效率明显增加，深宽比明显提升，同时具有均匀性好、沟槽侧壁光滑、工艺简单、可操作性强等优点。根据本专利技术的一种实施方式，制备碳化硅超结结构的方法包括：S1，采用激光刻蚀对碳化硅外延片进行图形化刻蚀，以在碳化硅外延片表面形成沟槽；S2，在沟槽中外延生长碳化硅，以形成碳化硅超结结构，其中，碳化硅外延片为N型外延层、P型外延层、N型P型混合外延层中的一种，其掺杂浓度范围为1×1013～1×1018cm-3，外延生长的碳化硅的掺杂类型与所述碳化硅外延片的掺杂类型不同，碳化硅外延片的晶型为4H-SiC或6H-SiC，外延生长的碳化硅的晶型与碳化硅外延片的晶型一致。根据本专利技术的一种实施方式，S1包括，在碳化硅外延片表面淀积至少一层高反光层薄膜；通过光刻对高反光层薄膜进行图形化刻蚀，以在碳化硅外延片表面形成图形区域；采用高能激光刻蚀对碳化硅外延片进行刻蚀，图形区域会被高能激光刻蚀掉，有高反光层薄膜覆盖的区域将被保留，从而在碳化硅外延片表面形成沟槽。根据本专利技术的一种实施方式，S1包括，在透光材料表面淀积至少一层高反光层薄膜；对高反光层薄膜进行图形化刻蚀，制成高反光掩膜板；使激光光束穿过透镜后，聚焦在高反光掩膜板上，穿过高反光掩膜板的激光再次穿过透镜后，聚焦在所述碳化硅外延片表面，以对碳化硅外延片进行刻蚀，从而在碳化硅外延片表面形成沟槽。其中，透光材料可以是石英、蓝宝石、氟化钙，或者是其他高透过率且耐高温的材料。根据本专利技术的一种实施方式，S1包括，使激光依次经过光快门和振镜后聚焦到碳化硅外延片表面，以对碳化硅外延片进行刻蚀，其中，光快门和振镜由计算机控制，将刻蚀图形输入到计算机后，计算机通过本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制备碳化硅超结结构的方法，其特征在于，包括：S1，采用激光刻蚀对碳化硅外延片进行图形化刻蚀，以在所述碳化硅外延片表面形成沟槽；S2，在所述沟槽中外延生长碳化硅，以形成碳化硅超结结构，其中外延生长的碳化硅的掺杂类型与所述碳化硅外延片的掺杂类型不同。

【技术特征摘要】
1.一种制备碳化硅超结结构的方法，其特征在于，包括：
S1，采用激光刻蚀对碳化硅外延片进行图形化刻蚀，以在所述碳化硅
外延片表面形成沟槽；
S2，在所述沟槽中外延生长碳化硅，以形成碳化硅超结结构，其中外
延生长的碳化硅的掺杂类型与所述碳化硅外延片的掺杂类型不同。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述S1包括，在所述
碳化硅外延片表面淀积至少一层高反光层薄膜；对所述高反光层薄膜进行
图形化刻蚀，以在碳化硅外延片表面形成图形区域；采用激光刻蚀对碳化
硅外延片进行刻蚀，从而在所述碳化硅外延片表面形成沟槽。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述S1包括，在透光
材料表面淀积至少一层高反光层薄膜；对所述高反光层薄膜进行图形化刻
蚀，制成高反光掩膜板；使激光光束穿过透镜后，聚焦在所述高反光掩膜
板上，穿过所述高反光掩膜板的激光再次穿过透镜后，聚焦在所述碳化硅
外延片表面，以对所述碳化硅外延片进行刻蚀，从而在所述碳化硅外延片
表面形成沟槽。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述S1包括，使激光
依次经过光快门和振镜后聚焦到所述碳化硅外延片表面，以对所述碳化硅
外延片进行刻蚀，其中，所述光快门和振镜由计算机控制，将刻蚀...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘胜北，何志，刘兴昉，刘敏，杨香，樊中朝，王晓峰，王晓东，赵有梅，杨富华，孙国胜，曾一平，
申请(专利权)人：中国科学院半导体研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11