一种改善碳化硅二极管表面接触的工艺方法与流程

    技术2025-12-08  2


    本发明属于半导体芯片,尤其是涉及一种改善碳化硅二极管表面接触的工艺方法。


    背景技术:

    1、碳化硅材料是一个具有独特物理和化学特性的化合物半导体材料,其具有非常高的硬度、化学稳定性和高的热导率。相对于硅来说,它展现出了宽禁带、高临界电场强度和高饱和迁移率特性。这些特性使得碳化硅在半导体材料中出类拔萃,可以用于制造高功率电子元器件,目前已经实现了碳化硅二极管和mosfet的商业化生产,目前应用比较成熟的碳化硅二极管结构采用jbs或者mps的结构,暨在有源区形成p区域和n区域交替的结构,通过设计不同的尺寸组合,实现兼容肖特基二极管的正向低压降,和pn二极管的反向低漏电流。因此要求正面金属在n型区是肖特基接触,而在p型区是欧姆接触。

    2、现在碳化硅功率芯片都是采用n型外延层,由于碳化硅材料中离子扩散的系数很小,因此p型区域的获得通过高温离子注入的方式形成;在考虑正面n型区肖特基接触和p型区欧姆接触的工艺方面,主流方法有两种:选用单种金属ti在n型区形成肖特基接触,p型区的欧姆接触通过重掺杂的方式,获得和金属的接近理想的欧姆接触(重掺杂的pn结可以产生显著的隧道电流,金属和半导体接触时,如果半导体掺杂浓度很高,则势垒区变得很薄,电子也要通过隧道效应贯穿势垒产生相当大的隧道电流,甚至超过热电子发射电流而成为电流的主要成分。当隧道电流占据主导地位时,它的接触电阻可以很小,可以用作欧姆接触,因此半导体重掺杂时,它与金属的接触可以形成接近理想的欧姆接触。)

    3、此方式的缺点是,大剂量的离子注入会对碳化硅表面的损伤加大,尤其在n区和p区交界的位置,由于n需要肖特基接触,大的表面损伤,会是碳化硅的肖特基接触缺陷增加,在交界区域出现漏电增大,良率损失的情况;

    4、欧姆接触和肖特基接触选用不同的金属,适应碳化硅在n型区和p型区的不同接触要求,不采用重掺杂的方式获得欧姆接触,需要在p型区制定专用的接触金属,然后再制作肖特基接触的金属。此方式的缺点是增加了一次光刻和金属淀积,制造成本上升。


    技术实现思路

    1、鉴于上述问题,本发明提供一种改善碳化硅二极管表面接触的工艺方法,以解决现有技术存在的以上或者其他前者问题。

    2、为解决上述技术问题,本发明采用的技术方案是:一种改善碳化硅二极管表面接触的工艺方法,包括以下步骤,

    3、在衬底的外延层上制备掩膜层;

    4、进行第一次离子注入,形成第一离子注入区;

    5、对第一次离子注入后的衬底进行氧化,形成氧化层;

    6、进行第二次离子注入,形成第二离子注入区;

    7、去除掩膜层和氧化层。

    8、进一步的,采用沉积方式制备掩膜层,掩膜层的材质与外延层的材质不相同。

    9、进一步的,掩膜层的材质为硅。

    10、进一步的,掩膜层的厚度为1-2μm。

    11、进一步的,在第一次离子注入之前,对掩膜层进行光刻、刻蚀及去胶,形成离子注入窗口。

    12、进一步的,掩膜层被氧化后形成第一氧化层,未被掩膜层覆盖的外延层被氧化后形成第二氧化层,第一氧化层的厚度大于第二氧化层的厚度。

    13、进一步的,通过干氧化或湿氧化方式进行氧化,氧化温度为1000-1200℃。

    14、进一步的,第一离子注入区的宽度大于第二离子注入区的宽度。

    15、进一步的,第一次离子注入时的离子注入剂量小于第二次离子注入时的离子注入剂量,所述第一次离子注入时的离子注入能量大于第二次离子注入时的离子注入能量。

    16、进一步的,第一离子注入时的离子注入剂量小于1x1014atom/cm-2,第二离子注入时的离子注入剂量大于1x1014atom/cm-2。

    17、由于采用上述技术方案,在碳化硅二极管制备过程中,在外延层上制备一掩膜层,掩膜层的材质与外延层的材质不相同,外延层的材质为碳化硅,掩膜层的材质为多晶硅;通过光刻和刻蚀方式在掩膜层上制备沟槽结构,形成离子注入窗口,在第一次离子注入后,对设有掩膜层和外延层的衬底进行氧化,使得掩膜层与未被掩膜层覆盖的外延层同时被氧化,掩膜层被氧化后形成第一氧化层,碳化硅被氧化后形成第二氧化层,使得沟槽结构的宽度减小,因此,在第二次离子注入时,离子注入窗口的宽度减小,使得第二次掺杂区域位于第一次掺杂区域内部,不会出现在第一次掺杂区域与外延层相邻的边界区域,在得到欧姆接触面的同时不会破坏肖特基接触面的表面状态,保证碳化硅二极管的生产良率;由于掩膜层和外延层的材质不相同,被氧化后形成的氧化层的厚度不相同,掩膜层被氧化后形成的第一氧化层的厚度大于外延层被氧化后形成的第二氧化层的厚度,在第二次离子注入时,阻挡一部分的能量,使得注入的峰值浓度向表面移动,优化掺杂效果;在碳化硅二极管制备过程中,在没有增加光刻步骤的情况下,实现碳化硅二极管性能的改善,没有增加成本。



    技术特征:

    1.一种改善碳化硅二极管表面接触的工艺方法,其特征在于:包括以下步骤,

    2.根据权利要求1所述的改善碳化硅二极管表面接触的工艺方法,其特征在于:采用沉积方式制备所述掩膜层,所述掩膜层的材质与所述外延层的材质不相同。

    3.根据权利要求2所述的改善碳化硅二极管表面接触的工艺方法,其特征在于:所述掩膜层的材质为硅。

    4.根据权利要求3所述的改善碳化硅二极管表面接触的工艺方法,其特征在于:所述掩膜层的厚度为1-2μm。

    5.根据权利要求1-4任一项所述的改善碳化硅二极管表面接触的工艺方法,其特征在于:在第一次离子注入之前,对所述掩膜层进行光刻、刻蚀及去胶,形成离子注入窗口。

    6.根据权利要求5所述的改善碳化硅二极管表面接触的工艺方法,其特征在于:所述掩膜层被氧化后形成第一氧化层,所述未被掩膜层覆盖的外延层被氧化后形成第二氧化层,所述第一氧化层的厚度大于所述第二氧化层的厚度。

    7.根据权利要求6所述的改善碳化硅二极管表面接触的工艺方法,其特征在于:通过干氧化或湿氧化方式进行氧化,氧化温度为1000-1200℃。

    8.根据权利要求1-4和6-7任一项所述的改善碳化硅二极管表面接触的工艺方法,其特征在于:所述第一离子注入区的宽度大于所述第二离子注入区的宽度。

    9.根据权利要求8所述的改善碳化硅二极管表面接触的工艺方法,其特征在于:所述第一次离子注入时的离子注入剂量小于所述第二次离子注入时的离子注入剂量,所述第一次离子注入时的离子注入能量大于第二次离子注入时的离子注入能量。

    10.根据权利要求9所述的改善碳化硅二极管表面接触的工艺方法,其特征在于:所述第一离子注入时的离子注入剂量小于1x1014atom/cm-2,所述第二离子注入时的离子注入剂量大于1x1014atom/cm-2。


    技术总结
    本发明提供一种改善碳化硅二极管表面接触的工艺方法,包括以下步骤,在衬底的外延层上制备掩膜层;进行第一次离子注入,形成第一离子注入区;对第一次离子注入后的衬底进行氧化,形成氧化层;进行第二次离子注入,形成第二离子注入区;去除掩膜层和氧化层。本发明的有益效果是掩膜层与未被掩膜层覆盖的外延层同时被氧化,形成氧化层,在第二次离子注入时,离子注入窗口的宽度减小,使得第二次掺杂区域位于第一次掺杂区域内部,不会出现在第一次掺杂区域与外延层相邻的边界区域,在得到欧姆接触面的同时不会破坏肖特基接触面额的表面状态,保证碳化硅二极管的生产良率。

    技术研发人员:张敬伟,敖松泉,徐长坡,张新玲,赵宇轩,白晶磊,姚一鸣,曹鑫齐,沙世奇
    受保护的技术使用者:TCL环鑫半导体(天津)有限公司
    技术研发日:
    技术公布日:2024/10/24
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