离子注入掩膜方法及碳化硅肖特基二极管制造方法技术

本发明专利技术提供一种碳化硅器件离子注入方法。该方法包括如下步骤：在碳化硅衬底上淀积第一介质层；在所述第一介质层上淀积第二介质层；对所述第二介质层上形成光致抗蚀剂；利用所述光致抗蚀剂对所述第二介质层图形化；第一介质层和以所述图形化的第二介质层作为注入阻挡层对所述碳化硅衬底进行离子注入。通过采用根据本发明专利技术的方法，可以得到特征尺寸小，导通电阻低的碳化硅半导体器件。

Ion implantation mask method and method for manufacturing silicon carbide Schottky diode

The present invention provides an ion implantation method for silicon carbide device. The method comprises the following steps: depositing a first dielectric layer on a silicon carbide substrate; the first dielectric layer is deposited on the second dielectric layer; on the formation of the second dielectric layer on the photoresist; using the photoresist on the second dielectric layer pattern; the first dielectric layer and a second the medium layer graphic as the injection barrier layer on the silicon carbide substrate by ion implantation. By employing the method according to the invention, a silicon carbide semiconductor device having small characteristic size and low turn-on resistance can be obtained.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及微电子器件制造，特别涉及微电子器件制造工艺中离子注入掩膜的形成方法，以及使用该注入掩膜制造碳化硅肖特基二极管的方法。
技术介绍
由于碳化硅材料具有是硅约3倍宽的禁带宽度（Eg=3.26eV，硅Eg=1.12eV）和高的热导率，因此在阻断电压、高功率和功率密度、工作频率以及工作温度上比硅器件具有更优越的性能。碳化硅具有约10倍于硅的临界电场，使得碳化硅器件与硅器件相比具有更小的体积。研究报道早已证实碳化硅肖特基二极管比硅快恢复二极管具有更快的开关速率和更低的开关损耗，并且击穿电压可以做到3000V以上。肖特基二极管是一种单极型器件，具有零恢复电流，因而比PN结二极管更适合于高频开关电路应用。由于硅的临界电场较小，硅材料肖特基二极管的耐压往往在200V以下。如果要实现更高的耐压，需要在硅材料肖特基二极管中形成非常厚的外延层，这会带来非常大的导通电阻而使二极管变得不适合使用。而碳化硅材料具有约10倍于硅的临界电场，同样电压规格的碳化硅器件与硅器件相比较而言，碳化硅器件的外延层厚度只需要硅器件的1/10，就可以做到3000V的击穿电压且保持较小的导通电阻。对3000V以上的应用，单极型器件的导通电阻成为重要的影响因素，而双极型器件会因为其电导率的调制作用而更加适合该耐压条件下的使用。微电子器件的制造往往需要用到掺杂工艺，对采用硅材料制作的器件来讲掺杂工艺一般包括外延掺杂、离子注入和扩散等方式。通常情况下，外延掺杂是在器件制作前就完成，而后两种掺杂方法是在器件制作过程中进行的，适合于对器件进行局部区域有选择的掺杂。相对于扩散方法，离子注入掺杂更容易控制掺杂形貌和浓度分布，并且具有更广泛的应用性，如可以用于GaAs、SiC等化合物半导体的掺杂。特别是对于碳化硅材料，由于碳化硅中共价键的稳固性，通过扩散方法几乎无法实现掺杂，因而离子注入方法成为碳化硅材料最适合的掺杂方式。离子注入步骤后需要进行高温退火，例如大于1500度，以对注入的掺杂离子进行激活，同时也能减少或修复由注入带来的晶格损伤。离子注入工艺首先需要有一层注入掩膜来限定需要注入的区域和不需要注入的区域。注入掩膜的厚度要求足以阻挡相应注入能量的离子免于被注入，并且掩膜要容易形成图形。常用的注入掩膜如金属、光刻胶、介质。金属掩膜可以是例如Au、Al、Mo等粘附性比较好并且密度比较大的材料。介质掩膜可以是SiO2、Si3N4或多晶硅等材料的掩膜。材料的密度越大越容易阻挡注入离子，因此相应的厚度要求也就越薄。掩膜的制作及其后的离子注入对微电子器件的性能有着非常重要的影响，是一步非常关键的工艺。金属掩膜的厚度比较小，但掩膜的制作可能会沾污半导体材料和器件，并且掩膜的线宽及形貌很难控制。光刻胶掩膜是最普遍也是最简单的方法，只需要一步光刻就形成掩膜图形而被广泛使用。对碳化硅器件而言，传统的掩膜方法存在一定的缺陷。碳化硅由于晶格键能能强，离子注入需要很高的能量，例如注入0.5μm深的Al离子就需要360keV的能量。特别是因为碳化硅器件的线宽要比硅器件小，例如作为结终端的内层保护环的宽度就要求在1.5μm以下。因此对形成碳化硅器件的离子注入掩膜的要求一是掩膜厚度要比较厚，二是线宽要比较小。如果用光刻胶作为离子注入掩膜，则需要3μm以上厚度的光刻胶层，这对光刻设备提出了苛刻的要求。而一般的介质掩膜存在的问题是，在掩膜淀积工艺中，如果淀积得到的介质层不均匀或形成图案过程中刻蚀不均匀，则要么过刻蚀而刻蚀到半导体材料表面，要么刻蚀不足而残留较多的介质。此外，在离子注入工艺中存在这样一种现象，由于半导体材料在表面处的晶格不连续，离子注入过程中在临近表面一薄层材料的离子容易向表面逸出，导致注入完成后临近表面一薄层的注入离子分布出现异常。这将对器件的性能产生影响。因此，需要一种能够克服上述缺陷用来形成良好的注入掩膜的方法。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种适用于碳化硅器件的离子注入掩膜形成方法，一种形成步骤简单可控且所得到的掩膜便于去除的掩膜形成方法。根据本专利技术的一个方面，提供一种碳化硅器件离子注入方法，该方法包括如下步骤：在碳化硅衬底上淀积第一介质层；在所述第一介质层上淀积第二介质层；对所述第二介质层上形成光致抗蚀剂；利用所述光致抗蚀剂对所述第二介质层图形化；以所述图形化的第二介质层作为注入阻挡层对所述碳化硅衬底进行离子注入。优选地，以所述第一介质层作为刻蚀停止层对所述第二介质层图形化。优选地，所述第二介质层的厚度大于所述第一介质层的厚度。优选地，所述第二介质层与所述第一介质层的刻蚀选择比为2-10:1。优选地，所述利用光致抗蚀剂对第二介质层图形化的步骤进一步包括：对所述光致抗蚀剂进行图形化；以所述图形化的光致抗蚀剂作为掩膜，采用各向异性刻蚀方法对所述第二介质层进行刻蚀；随后各项同性地对所述第二介质层进行刻蚀，以便减小特征尺寸。优选地，该方法进一步包括对注入的离子进行激活退火的步骤。优选地，该方法在所述去除第一介质层和第二介质层的步骤后进一步包括，在所得到的结构上形成碳膜；对注入的离子进行激活退火；以氧化方法去除所述碳膜。根据本专利技术的另一方面，该方法包括以下步骤：在所述碳化硅衬底上淀积第一介质层，该碳化硅衬底包括碳化硅基底和漂移层；在所述第一介质层上淀积第二介质层；对所述第二介质层上形成光致抗蚀剂；利用所述光致抗蚀剂对所述第二介质层图形化；以所述图形化的第二介质层作为注入阻挡层对所述碳化硅衬底进行离子注入；去除所述第一介质层和第二介质层；对注入的离子进行激活退火；在所述碳化硅衬底有源区结构的对侧上形成欧姆金属层；在所述碳化硅衬底有源区结构上形成肖特基金属层。优选地，该方法包括以下步骤：所述利用光致抗蚀剂对第二介质层图形化的步骤进一步包括：对所述光致抗蚀剂进行图形化；以所述图形化的光致抗蚀剂作为掩膜，采用各向异性刻蚀方法对所述第二介质层进行刻蚀；随后各项同性地对所述第二介质层进行刻蚀，以便减小特征尺寸。优选地，该方法形成肖特基金属层之后还包括对肖特基金属层进行退火的步骤。本专利技术采用两层或两层以上介质作为离子注入掩膜，介质可以是SiO2、Si3N4、多晶硅等多种组合，如SiO2/Si3N4组合，SiO2/多晶硅组合等，并不限制其他形式。使用两层介质作为掩膜本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种碳化硅器件离子注入方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：在碳化硅衬底上淀积第一介质层；在所述第一介质层上淀积第二介质层；对所述第二介质层上形成光致抗蚀剂；利用所述光致抗蚀剂对所述第二介质层图形化；以所述图形化的第二介质层作为注入阻挡层对所述碳化硅衬底进行离子注入。

【技术特征摘要】
1.一种碳化硅器件离子注入方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
在碳化硅衬底上淀积第一介质层；
在所述第一介质层上淀积第二介质层；
对所述第二介质层上形成光致抗蚀剂；
利用所述光致抗蚀剂对所述第二介质层图形化；
以所述图形化的第二介质层作为注入阻挡层对所述碳化硅衬底进行离子
注入。
2.如权利要求1所述的碳化硅器件离子注入方法，其特征在于，
以所述第一介质层作为刻蚀停止层对所述第二介质层图形化。
3.如权利要求1所述的碳化硅器件离子注入方法，其特征在于，
所述第二介质层的厚度大于所述第一介质层的厚度。
4.如权利要求1所述的碳化硅器件离子注入方法，其特征在于，所述第
二介质层与所述第一介质层的刻蚀选择比为2-10:1。
5.如权利要求1所述的碳化硅器件离子注入方法，其特征在于，所述利
用光致抗蚀剂对第二介质层图形化的步骤进一步包括：
对所述光致抗蚀剂进行图形化；
以所述图形化的光致抗蚀剂作为掩膜，采用各向异性刻蚀方法对所述第二
介质层进行刻蚀；
通过延长腐蚀时间或随后各项同性地对所述第二介质层进行刻蚀，减小器
件的特征尺寸。
6.如权利要求1所述的碳化硅器件离子注入方法，其特征在于，该方法
进一步包括对注入的离子进行激活退火的步骤。
7.如权利要求1所述的碳化硅器件离子注入方法，其特征在于，该方法
在所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈彤，倪炜江，
申请(专利权)人：北京市润大正兴电子技术有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11