CN109494150A - 碳化硅高温退火表面保护的制作方法及碳化硅功率器件 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种碳化硅高温退火表面保护的制作方法及碳化硅功率器件,属于半导体器件制备技术领域,包括:在碳化硅圆片表面沉积二氧化硅介质作为离子注入的散射层;在二氧化硅介质表面涂覆光刻胶,并对注入区域进行曝光、显影,露出二氧化硅介质;对碳化硅圆片进行离子注入;去除光刻胶;去除二氧化硅介质;在碳化硅圆片表面沉积类金刚石薄膜为高温退火的保护层;对圆片进行高温退火;去除类金刚石薄膜。本发明提供的碳化硅高温退火表面保护的制作方法,通过沉积类金刚石薄膜对碳化硅进行表面保护,类金刚石薄膜能够作为阻挡层抑制表面处Si的升华和再沉积过程,从而避免退火表面过于粗糙,有效改善芯片表面形貌,提升器件性能和可靠性。
Description
技术领域
本发明属于半导体器件制备技术领域,更具体地说,是涉及一种碳化硅高温退火表面保护的制作方法及碳化硅功率器件。
背景技术
碳化硅(SiC)材料具有宽带隙、高临界击穿场强、高热导率、高载流子饱和漂移速度等优良的物理、电学特性,特别适用于大功率、高压、高温电子器件。在SiC器件工艺中,由于杂质的扩散系数低,离子注入技术是实现掺杂的关键工艺。为了激活注入的杂质和消除注入过程造成的损伤缺陷,需要对离子注入后SiC圆片进行高温退火。由于SiC晶格的高键能,需要进行超过1500℃的高温退火,从而促使Si容易从SiC表面升华,并以Si、Si2C、SiC2等形式重新沉积在圆片表面,导致表面粗糙。为了阻止SiC表面Si的升华,普遍采用AlN、BN/AlN和光刻胶高温碳化等形式的表面保护技术。从大量的实验结果和理论分析表明,高于1600℃温度下,AlN薄膜中会形成针孔,限制了此方法的有效性;BN/AlN复合结构沉积工艺复杂,且退火后不易去除;光刻胶碳化技术容易产生不完全碳化现象,光刻胶中的溶剂挥发造成设备沾污。
发明内容
本发明的目的在于提供一种碳化硅高温退火表面保护的制作方法,以解决现有技术中存在的传统表面保护制作工艺造成的芯片表面形貌粗糙、器件可靠性差等技术问题。
为实现上述目的,本发明采用的技术方案是:提供一种碳化硅高温退火表面保护的制作方法,包括以下步骤:
在碳化硅圆片表面沉积二氧化硅介质作为离子注入的散射层;
光刻定义注入区域,在二氧化硅介质表面涂覆光刻胶,并对注入区域进行曝光、显影,露出二氧化硅介质;
对碳化硅圆片进行离子注入;
去除光刻胶;
去除二氧化硅介质;
在碳化硅圆片表面沉积类金刚石薄膜作为高温退火的保护层;
对碳化硅圆片进行高温退火;
去除类金刚石薄膜。
进一步地,所述二氧化硅介质的厚度为30nm-70nm。
进一步地,所述二氧化硅介质的厚度为40nm-60nm。
进一步地,所述光刻胶的厚度为2μm-5μm。
进一步地,所述类金刚石薄膜的厚度为0.3μm-1.5μm。
进一步地,所述类金刚石薄膜的厚度为0.5μm-1.0μm。
进一步地,所述在碳化硅圆片表面沉积类金刚石薄膜作为高温退火的保护层的过程中,采用等离子增强化学气相淀积台,利用射频放电使碳氢气体电离,从而沉积类金刚石薄膜进行表面保护制作。
进一步地,所述对碳化硅圆片进行高温退火中,高温退火的温度为1500℃-1800℃,时间为5分钟-60分钟。
进一步地,所述高温退火的温度为1600℃-1700℃,时间为15分钟-40分钟。
本发明提供的碳化硅高温退火表面保护的制作方法的有益效果在于:与现有技术相比,通过沉积类金刚石薄膜对碳化硅进行表面保护,类金刚石薄膜能够作为阻挡层抑制表面处Si的升华和再沉积过程,从而避免退火后,芯片表面过于粗糙,有效改善芯片表面形貌,提升器件性能和可靠性。采用此种方法形成的碳膜表面平整光滑,均匀性好,高硬度,高耐磨性,具备良好的化学惰性,退火后芯片表面形貌光滑、平整、粗糙度低、器件可靠性高,与传统表面保护技术相比,具有明显的优势。
本发明另一目的在于提供一种碳化硅功率器件,采用上述任一项所述的方法制备。
本发明提供一种碳化硅功率器件的有益效果在于:由于采用了上述的方法,退火后芯片表面形貌光滑、平整、粗糙度低、器件可靠性高,与传统表面保护技术制备的器件相比,具有明显的优势。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明淀积二氧化硅介质作为注入散射层的结构示意图;
图2为本发明光刻定义注入区域的结构示意图;
图3为本发明离子注入的结构示意图;
图4为本发明光刻胶掩膜去除后的结构示意图;
图5为本发明去除表面二氧化硅介质的结构示意图;
图6为淀积类金刚石薄膜作为保护层的示意图;
图7为去除表面类金刚石薄膜的示意图。
其中,图中:
1-碳化硅圆片;2-二氧化硅介质;3-光刻胶;4-离子注入掺杂区;5-类金刚石薄膜。
具体实施方式
为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白,以下结合附图及实施例,对本发明进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。
实施例1
请一并参阅图1至图7,现对本发明提供的碳化硅高温退火表面保护的制作方法进行说明。所述碳化硅高温退火表面保护的制作方法,包括以下步骤:
步骤1:在碳化硅圆片1表面沉积二氧化硅介质2作为离子注入的散射层;
步骤2:光刻定义注入区域,在二氧化硅介质2表面涂覆光刻胶3,并对注入区域进行曝光、显影,露出二氧化硅介质2;
步骤3:对碳化硅圆片1进行离子注入;
步骤4:去除光刻胶3;
步骤5:去除二氧化硅介质2;
步骤6:在碳化硅圆片1表面沉积类金刚石薄膜5作为高温退火的保护层;
步骤7:对圆片进行高温退火;
步骤8:去除类金刚石薄膜5。
本发明提供的碳化硅高温退火表面保护的制作方法,与现有技术相比,通过沉积类金刚石薄膜5(DLC-Diamond Like Carbon)对碳化硅进行表面保护,类金刚石薄膜5能够作为阻挡层抑制表面处Si的升华和再沉积过程,从而避免退火后,芯片表面过于粗糙,有效改善芯片表面形貌,提升器件性能和可靠性。采用此种方法形成的碳膜表面平整光滑,均匀性好,高硬度,高耐磨性,具备良好的化学惰性,退火后芯片表面形貌光滑、平整、粗糙度低、器件可靠性高,与传统表面保护技术相比,具有明显的优势。
本发明的目的在于:提高碳化硅高能粒子注入后杂质的激活率和表面平坦度,是一种碳化硅基器件的高温退火表面保护技术的制作方法,是一种新的表面保护层制作方法。
本发明的用途在于:应用于微电子领域的碳化硅功率器件的工艺开发和器件生产,主要适用于SiC SBD、SiC JBS、SiC MOSFET等器件的制备及其他相似类型器件的离子注入后的高温退火工艺。
本发明的发明点在于:
本发明采用了一种易于制备的类金刚石薄膜覆盖在碳化硅圆片表面,经高温退火后,碳化硅圆片表面粗糙度得到明显改善,提高了碳化硅器件的工艺成品率,不需要增加特殊的工艺设备及大额投资,降低了工艺难度,缩短了器件的研发周期,在碳化硅功率器件的开发过程中起到了关键的作用。
达到的效果:1、降低器件表面沾污;2、降低表面粗糙度;3、简化了工艺步骤;4、提高工艺可重复性及器件可靠性。
实施例2
步骤1:在碳化硅圆片1表面淀积一层二氧化硅介质2,作为离子注入的散射层。二氧化硅介质2厚度为30nm-70nm,如附图1所示。
步骤2:在圆片表面涂覆光刻胶3,厚度为2μm-5μm,对涂完光刻胶3的圆片进行前烘,对注入区域进行曝光、显影,将需要进行离子注入的区域暴露出来,如附图2所示。
步骤3:对碳化硅圆片1进行离子注入,如附图3所示。附图3中4代表离子注入掺杂区4,虚线箭头为注入离子。
步骤4:将注入后的碳化硅圆片1表面的光刻胶3去除,如附图4所示。
步骤5:将碳化硅圆片1表面的二氧化硅介质2去除,如附图5所示。
步骤6:在碳化硅圆片1表面淀积0.3μm-1.5μm的DLC介质作为高温退火的保护层,如附图6所示。其中,采用平板电容式等离子增强化学气相淀积台利用射频放电使碳氢气体电离从而沉积DLC进行表面保护层制作。
步骤7:对碳化硅圆片1进行高温退火,激活注入杂质,修复注入损伤,退火温度为1500℃-1800℃,时间为5分钟-60分钟。
步骤8:将退火后的圆片表面的DLC去除,如图7所示。
实施例3
在碳化硅圆片1表面淀积0.5μm-1.0μm的类金刚石薄膜介质作为高温退火的保护层。或者沉积0.4μm-1.2μm的类金刚石薄膜。
高温退火的温度为1600℃-1700℃,时间为15分钟-40分钟。或者,高温退火的温度为1550℃-1650℃,时间为20分钟-30分钟。
本发明另一目的在于提供一种碳化硅功率器件,采用上述任一项所述的方法制备。
本发明提供一种碳化硅功率器件的有益效果在于:由于采用了上述的方法,退火后芯片表面形貌光滑、平整、粗糙度低、器件可靠性高,与传统表面保护技术制备的器件相比,具有明显的优势。
利用本发明提供的方法制备的器件,创造预测的经济效益对比如下:一片常规SiCSBD,4英寸外延材料,目前大约成本在5000-7000元左右,采用本发明沉积类金刚石薄膜后,成品率大约95%,而未采用的成品率75%左右,设计上一片常规SiC SBD约有管芯2000个,每只器件售价5-8元,采用此发明后每片至少提高产值2000元,每月流片200片,则一年可提高产值480万元;同时利用本发明提供的方法,可加速SiC器件的国产化应用,可提高整机厂家设备的性能,产生的间接效益和社会拉动效果难以估量。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.碳化硅高温退火表面保护的制作方法,其特征在于,包括以下步骤:
在碳化硅圆片表面沉积二氧化硅介质作为离子注入的散射层;
在二氧化硅介质表面涂覆光刻胶,并对注入区域进行曝光、显影,露出二氧化硅介质;
对碳化硅圆片进行离子注入;
去除光刻胶;
去除二氧化硅介质;
在碳化硅圆片表面沉积类金刚石薄膜作为高温退火的保护层;
对碳化硅圆片进行高温退火;
去除类金刚石薄膜。
2.如权利要求1所述的碳化硅高温退火表面保护的制作方法,其特征在于,所述二氧化硅介质的厚度为30nm-70nm。
3.如权利要求2所述的碳化硅高温退火表面保护的制作方法,其特征在于,所述二氧化硅介质的厚度为40nm-60nm。
4.如权利要求1所述的碳化硅高温退火表面保护的制作方法,其特征在于,所述光刻胶的厚度为2μm-5μm。
5.如权利要求1所述的碳化硅高温退火表面保护的制作方法,其特征在于,所述类金刚石薄膜的厚度为0.3μm-1.5μm。
6.如权利要求5所述的碳化硅高温退火表面保护的制作方法,其特征在于,所述类金刚石薄膜的厚度为0.5μm-1.0μm。
7.如权利要求1所述的碳化硅高温退火表面保护的制作方法,其特征在于,所述在碳化硅圆片表面沉积类金刚石薄膜作为高温退火的保护层的过程中,采用等离子增强化学气相淀积台,利用射频放电使碳氢气体电离,从而沉积类金刚石薄膜进行表面保护制作。
8.如权利要求1-7任一项所述的碳化硅高温退火表面保护的制作方法,其特征在于,所述对碳化硅圆片进行高温退火中,高温退火的温度为1500℃-1800℃,时间为5分钟-60分钟。
9.如权利要求8所述的碳化硅高温退火表面保护的制作方法,其特征在于,所述高温退火的温度为1600℃-1700℃,时间为15分钟-40分钟。
10.碳化硅功率器件,其特征在于,采用如权利要求1-9任一项所述的方法制备。
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