提高表面注入浓度的碳化硅结势垒肖特基二极管的制造工艺制造技术

本发明专利技术公开了一种提高表面注入浓度的碳化硅结势垒肖特基二极管的制造工艺，包括如下依次进行的工艺步骤：在外延层上覆盖一层掩膜层；使用低功精准定位的光刻机在掩膜层上光刻出图案；在外延层上方二次外延生长生成二次外延层；在二次外延层上进行肖特基金属电极的淀积和多层欧姆接触金属的淀积。本发明专利技术采用低功精准定位的光刻机，减少了对硅片台滑动时需要的驱动电机的功率，而且能够保证硅片台与光刻机支撑框架的重复精准定位，减少残次品；通过二次外延技术在碳化硅二极管的漂移区形成超结结构，使得器件耐压能力只与漂移区厚度有关，与漂移区注入浓度无关，大幅提高了漂移区注入浓度，大幅减小了碳化硅二极管的通态电阻，降低了器件通态损耗。降低了器件通态损耗。降低了器件通态损耗。

【技术实现步骤摘要】
提高表面注入浓度的碳化硅结势垒肖特基二极管的制造工艺


[0001]本专利技术涉及一种提高表面注入浓度的碳化硅结势垒肖特基二极管的制造工艺。

技术介绍

[0002]随着电力电子技术的的迅速发展,肖特基二极管(SBD)和PiN二极管为主的传统二极管己无法满足高频、大功率、低功耗的市场需求, 前者击穿电压低、反向漏电大,而后者高频特性较差。由此结势垒肖特基二极管(JBS)应运而生,该结构将SBD结构和PiN结构巧妙地结合在一起,具有高耐压、低压降、小漏电、高频特性好及强抗过压和浪涌电流能力。被广泛应用于开关电源(SMPS)、功率因数校正(PFC)、变压器次级以及漏电保护(RCD)等电路中,具有巨大的应用价值和广阔的市场前景。作为第三代功率半导体器件家族中的一个重要成员，碳化硅二极管的应用领域非常广阔。现阶段碳化硅二极管的研究主要朱中在碳化硅二极管，碳化硅肖特基势垒二极管(schottkybarrierdiode, 简称SBD)以及碳化硅结势垒肖特基二极管(junction barrierschottkydiode，简称JBS)。SiC SBD结构逐渐演变为结势垒肖特基(JBS)结构。 JBS是在普通SBD的漂移区中集成多个梳状的PN结栅。SiC JBS具有高耐压低漏电的阻断特性和低功耗快恢复的开关特性，更是具有适应高压、高温、高频的巨大潜力。通过对器件的元胞结构版图的设计研究，从结构设计方面提升器件的可靠性。产品的常规工艺流程为：零次标记
→
p+注入
→
高温annealing+场氧/>→
肖特基势垒工艺
→
钝化工艺
→
背面工艺。其中为了提升浪涌电流能力，重点工艺关键为增加表面注入浓度，通过对注入的工艺参数拉偏，试验，得到最佳工艺。。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的在于，克服现有技术中存在的缺陷，提供一种提高表面注入浓度的碳化硅结势垒肖特基二极管的制造工艺，采用低功精准定位的光刻机，减少了对硅片台滑动时需要的驱动电机的功率，而且能够保证硅片台与光刻机支撑框架的重复精准定位，减少残次品；通过二次外延技术在碳化硅二极管的漂移区形成超结结构，使得器件耐压能力只与漂移区厚度有关，与漂移区注入浓度无关，大幅提高了漂移区注入浓度，大幅减小了碳化硅二极管的通态电阻，降低了器件通态损耗。
[0004]为实现上述目的，本专利技术的技术方案是设计一种提高表面注入浓度的碳化硅结势垒肖特基二极管的制造工艺，包括如下依次进行的工艺步骤：
[0005]S1：在外延层的上表面覆盖一层掩膜层；
[0006]S2：通过使用低功精准定位的光刻机在掩膜层上光刻出图案；
[0007]S3：向下刻蚀，在掩膜层上形成一沟道；
[0008]S4：在S3所述步骤中形成的沟道底部向下区域掺杂P型离子，形成P+区；
[0009]S5：在沟道的内侧壁及底壁上沉积二氧化硅膜层；
[0010]S6：在二氧化硅膜层上化学气相沉积碳化硅多晶硅以形成多晶硅区，多晶硅区其上端面与外延层的上端面相齐平；
[0011]S7：在外延层上方二次外延生长生成二次外延层；
[0012]S8：在二次外延层上进行肖特基金属电极的淀积和多层欧姆接触金属的淀积；用蒸发或溅射方式形成背面金属接触后制得本二极管。掩膜层可以通过使用光刻机光刻来图案化；通过二次外延技术在碳化硅二极管的漂移区形成超结结构，使得器件耐压能力只与漂移区厚度有关，与漂移区注入浓度无关，大幅提高了漂移区注入浓度，大幅减小了碳化硅二极管的通态电阻，降低了器件通态损耗。采用低功精准定位的光刻机，减少了对硅片台滑动时需要的驱动电机的功率，而且能够保证硅片台与光刻机支撑框架的重复精准定位，减少残次品。
[0013]进一步的技术方案是，P型离子为铝离子或磷离子或硼离子。
[0014]进一步的技术方案是，二次外延层采用的材料为4H
‑
SiC或 6H
‑
SiC。
[0015]进一步的技术方案为，外延层下方还设有n型4H
‑
SiC的衬底，外延层为在衬底上外延生长而成。
[0016]进一步的技术方案为，掩膜层的厚度为10nm～10μm。
[0017]进一步的技术方案为，低功精准定位的光刻机包括硅片台以及用于驱动硅片台滑动的驱动机构和用于减少驱动机构功率的辅助机构。低功精准定位的光刻机包括底座，底座上活动安装有硅片台，底座上固定设有位于硅片台两侧及上方的槽钢状支撑架，槽钢状支撑架其上端部分的中间设有成像孔，成像孔处的支撑架下端面固定设有成像光刻透镜，支撑架的上端部分滑动设有承载台，承载台其垂直于支撑架上端部分的侧面上设有用于置放掩膜板的凹槽，承载台其上端面设有正对掩膜板的紫光透镜；承载台的凹槽的槽侧壁也即凹槽的下端面上设有与紫光透镜正对的矩形通孔；
[0018]硅片台下方固定连接有滑板，滑板的一个侧面上固定设有所述驱动机构，驱动机构为驱动滑板滑动的减速电机，减速电机其输出轴固定连接有聚氨酯滚轮，聚氨酯滚轮其最下端超出滑板下端面设置，滑板下端面上还设有所述辅助机构，辅助机构包括固定连接在滑板下端面的三个橡胶气囊垫，三个橡胶气囊垫与聚氨酯滚轮在滑板下端面呈矩形阵列布置；
[0019]每个橡胶气囊垫的中部还固定设有滚轮轴，滚轮轴上转动设置气囊滚轮，气囊滚轮上设有用于接受吹气管吹气的凹槽，橡胶气囊垫上设有进气口与出气口，气囊滚轮上设有进气口，橡胶气囊垫上位于气囊滚轮的一侧固定设有吹气管，吹气管的管口正对气囊滚轮的凹槽设置；
[0020]吹气管包括一段靠近凹槽的硬质管及一段与硬质管固定相连且连通的软质气管构成，软质气管其远离硬质管的管口与气源相连；橡胶气囊垫上的进气口也与气源相连；橡胶气囊垫上的出气口连接有出气软管，出气软管上设有气阀；
[0021]支撑架其下半部分上固定设有一个高度上高于橡胶气囊垫瘪气后的滑板高度的用于滑板前后定位的定位凸块，滑板上端面设有与定位凸块适配的凹槽，凹槽位于硅片台的一侧；定位凸块位于支撑架其两侧撑板的其中一个撑板的内壁上，两个撑板的另一个撑板的内壁上设有用于滑板左右定位的L形定位凸杆，滑板上端面设有与L形定位凸杆适配的盲孔形凹孔，L形定位凸杆高度上高于橡胶气囊垫瘪气后的滑板高度。紫光透镜的上方安装有紫光光源。气囊滚轮上的进气口平时不与气源相连，仅在出现气囊滚轮瘪了之后用于给其充气时才与气源相连；橡胶气囊垫上的进气口与气源相连用于在滑板复位或移出支撑架
前时用于支撑滑板及硅片台；橡胶气囊垫上的出气口连接有出气软管，出气软管上设有气阀，这样设置后在需要放气时直接打开气阀通过出气软管将橡胶气囊垫内的气导出去。
[0022]进一步的技术方案为，掩膜板采用高温热氧化、等离子体化学气相沉积生长工艺沉积一层介电层氧化硅作为掩膜板。
[0023]进一步的技术方案为，P型离子的注入浓度为1E12
‑
1E16/cm2，P 型离子注入能量为15KeV
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.提高表面注入浓度的碳化硅结势垒肖特基二极管的制造工艺，其特征在于，包括如下依次进行的工艺步骤：S1：在外延层的上表面覆盖一层掩膜层；S2：通过使用低功精准定位的光刻机在掩膜层上光刻出图案；S3：向下刻蚀，在掩膜层上形成一沟道；S4：在S3所述步骤中形成的沟道底部向下区域掺杂P型离子，形成P+区；S5：在沟道的内侧壁及底壁上沉积二氧化硅膜层；S6：在二氧化硅膜层上化学气相沉积碳化硅多晶硅以形成多晶硅区，多晶硅区其上端面与外延层的上端面相齐平；S7：在外延层上方二次外延生长生成二次外延层；S8：在二次外延层上进行肖特基金属电极的淀积和多层欧姆接触金属的淀积；用蒸发或溅射方式形成背面金属接触后制得本二极管。2.根据权利要求1所述的提高表面注入浓度的碳化硅结势垒肖特基二极管的制造工艺，其特征在于，所述P型离子为铝离子或磷离子或硼离子。3.根据权利要求2所述的提高表面注入浓度的碳化硅结势垒肖特基二极管的制造工艺，其特征在于，所述二次外延层采用的材料为4H
‑
SiC或6H
‑
SiC。4.根据权利要求3所述的提高表面注入浓度的碳化硅结势垒肖...

【专利技术属性】
技术研发人员：何海洋，胡健峰，梁金，
申请(专利权)人：无锡市查奥微电子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：