一种碳化硅PiN二极管的结终端结构的制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种碳化硅PiN二极管的结终端结构的制造方法，首先在晶圆上生长衬垫氧化层和衬垫氮化硅；然后利用光刻和腐蚀工艺定义需要生长氧化层的区域；再利用衬垫氧化层和衬垫氮化硅作为阻挡层生长氧化层；组后通过湿法腐蚀的方式去除衬垫氮化硅和衬垫氧化硅，留下所需要的氧化层。通过这种方法能够避免在获得碳化硅PiN二极管的结终端结构的过程中由于刻蚀造成的损伤，通过由于进行了氧化，提高了载流子的寿命，从而改善了器件的性能。
【专利说明】
一种碳化硅P i N二极管的结终端结构的制造方法
技术领域
[0001] 本发明涉及半导体器件制造领域，特别是涉及一种碳化硅PiN二极管的结终端结 构的制造方法。
【背景技术】
[0002] 近年来，随着微电子技术的不断进步，Si基电力电子器件发展迅速，其性能已经有 了飞跃式的进步。但是对于高温、高湿度等恶劣环境的应用却一直是Si基器件无法突破的 瓶颈。SiC作为一种宽禁带半导体材料，具有禁带宽度大、击穿电场高、饱和电子漂移速率 尚、热导率尚等优异的物理特性，SiC电力电子器件在减小通态损耗和开关损耗、提尚系统 效率的同时也使器件在高温、高湿度等恶劣环境中的应用更为可靠，这也是传统的Si基器 件无法实现的。而SiC PiN二极管更是以其具有较高的击穿电压，较低的正向导通电阻而著 称。
[0003] 高压碳化硅(SiC)器件能够承受高于600V或更高的电压。而器件的电流则取决于 它们的有效面积。高压SiC器件具有许多重要的应用，特别是在功率调节、分布及控制的领 域中。已经使用碳化硅来制作高压半导体器件，例如肖特基二极管、PiN二极管、金属-氧化 物-半导体场效应晶体管(M0SFET)、晶闸管(GT0)、绝缘栅极型双极晶体管（IGBT)、双极型晶 体管(BJT)等。
[0004] 器件的尺寸一般有限，器件通过切割圆片做成芯片来封装。利用金刚石刀片来切 割圆片，这个过程会对晶格造成严重的损伤。对于功率器件，如果切割穿过了承受高压的PN 结，晶格损伤会引起很大的漏电流，导致击穿电压和长期稳定性的降低。这个问题可以通过 在功率器件的边缘设置特殊的结终端来解决，使高压结的耗尽区不与有损伤存在的切割线 相交。另一种控制和保持高击穿电压的方法是改变器件边缘表面的形貌。最早的改变边缘 形貌的方法是台面刻蚀。之后是对高压整流器和晶闸管保持高击穿电压非常有效的圆片磨 斜角。而现在的高压器件则是将特殊的结终端结构和台面结构两种结构结合起来，形成复 合的结终端结构，应用于实际生产当中。
[0005] 由于电场集中效应，实际制作的半导体器件的击穿位置从理想PN结的平行平面处 转移到边缘拐角处，会降低器件的击穿电压。所以需要设置特殊的边缘终端结构，以提高器 件的实际击穿电压。
[0006] 耐压终端结构一般有场限环（FLR，Field limting ring)、结终端扩展（JTE, Junction terminal extension)、台面(mesa)等多种形式，也有其中两种或两种以上的组 合形式出现。台面结构应用普遍，利用刻蚀等工艺，将主结边沿刻蚀成台面的形状，其工作 原理是通过改变结沿的形貌，缓解表面电场分布集中现象，提高器件的击穿电压。下面简要 介绍这些耐压终端结构：
[0007] (1)、场限环(FLR)
[0008] 如图1所示，其中，SBD为肖特基势皇二极管(Schottky Barrier Diode)，场限环的 制作工艺简单，与主结一起扩散形成。一般而言，击穿电压随着环的个数的增加而增加，但 不是线性增加。环数越多，器件的面积也就越大。因此在设计时，需要对此折中考虑。
[0009] (2)、结终端扩展(JTE)结构
[0010] 如图2所示的结终端扩展结构，主要优点是工艺实现简单，且具有较小的器件面积 (与保护环相比）；缺点是增加了主结的面积，使反向漏电流及结电容增大。同时该结构对界 面电荷相当敏感，对表面钝化层质量要求很高，工艺可重复性差，不适用工业量产。
[0011] (3)、台面结构(mesa)
[0012] 台面结构(如图3所示）的主要优点是易于实现，台面结构属于截断型终端的一种。 Si基大功率器件采用边缘磨角工艺，而SiC由于具有良好的耐磨性，SiC器件只能采用干法 刻蚀工艺。
[0013] 场限环和结终端扩展结构都存在一定的局限性：1)随着器件的反向耐压越大，场 限环所占用的芯片面积比例增大，变相地增加器件的成本;2)结终端扩展结构要求精确控 制JTE区域的离子注入剂量，这增加了工艺的难度。相比之下，台面结构易于实现的优点更 为凸显。目前所采用的台面结构简图如图3、4、5和6所示。
[0014] 其中，图4为The Kansai Electric&Central Reasearch Institution of Electrical Power Industry公司的Koji Nakayama等人的美国专利"Silicon caribide semiconductor device and manufacturing method therefor"（专利号US 7,768,017) 中，采用干法刻蚀形成台面。刻蚀工艺参数如下：
[0015] _
[0016] 图5为Central Reasearch Institution of Electrical Power Industry公司的 Ryosuke Ishii等人的美国专利"Silicon carbide zener diode"（专利号US 8,093,599) 中也采用干法刻蚀工艺实现台面结构。
[0017] 图6为Central Reasearch Institution of Electrical Power Industry公司 Toshiyuki Miyanagi等人的美国专利 "Process for producing silicon carbide semiconductor device"（专利号US 8,367,510)中也采用干法刻蚀工艺实现台面结构，Ni 作为刻蚀掩膜。
[0018] 由于SiC材料的高硬度及稳定的化学性质，普通的湿法刻蚀无法获得可行的刻蚀 速率。目前，常采用的SiC刻蚀方法多为等离子体干法刻蚀。但是刻蚀时等离子体轰击晶圆 表面必造成损伤，同时还会引入污染。以上两点则会引起器件电学性能的严重退化。
【发明内容】
[0019] 本发明的目的是提供一种碳化硅PiN二极管的结终端结构的制造方法，避免由于 刻蚀造成的损伤。
[0020] 为解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种碳化硅PiN二极管的结终端结构 的制造方法，包括：
[0021] 在碳化硅上淀积衬垫氧化层，并在所述衬底氧化层上淀积衬垫氮化硅层，作为阻 挡层；
[0022] 在所述氮化硅层上涂覆光刻胶，通过光刻将预制的第一光刻板的图形转移到所述 氮化娃层上；
[0023] 刻蚀所述阻挡层；
[0024] 对刻蚀后的所述阻挡层进行氧化；
[0025] 湿法腐蚀去除所述衬垫氮化硅层、衬垫氧化层，形成台面。
[0026] 其中，所述淀积衬垫氧化层的条件为：
[0027] 40〇8(3〇11的3;[!14,8008(30]1的犯0,75〇8(3〇]1的他，腔体压强为90〇1]11:〇1'1'，温度在140°〇 ~300 °C之间。
[0028] 其中，淀积所述衬垫氮化硅层的条件为：
[0029] 40〇8(3〇]1的3;[!14,4008(30]1的順3,40〇8(3〇]1的犯，腔体压强为70〇1]11:〇1'1'，温度范围为 300 Γ ~400。。。
[0030] 其中，所述刻蚀所述阻挡层为湿法刻蚀所述阻挡层或干法刻蚀所述阻挡层，包括： [0031 ]使用热磷酸在160°C下浸泡，去除所述氮化硅衬底垫层；
[0032]使用缓冲氧化硅腐蚀液在25°C下浸泡，去除所述衬垫氧化硅层，所述缓冲氧化硅 腐蚀液为NH4F和HF的混合液，NH4F和HF的体积比为7:1。
[0033] 其中，所述刻蚀所述阻挡层为干法刻蚀所述阻挡层，所述干法刻蚀阻挡层为反应 离子刻蚀阻挡层、电子回旋加速刻蚀阻挡层或ICP刻蚀阻挡层。
[0034] 其中，所述刻蚀所述阻挡层为ICP刻蚀阻挡层，包括：
[0035] 刻蚀气体为气体流量为5sccm的CHF3和气体流量为5sccm的SF 6，腔室压强为0 · 6Pa， 源功率为150W，偏压功率为20W，电极温度为20°C;
[0036]所述使用ICP刻蚀所述阻挡层中的衬垫氧化层，包括：
[0037] 刻蚀气体为气体流量为25sccm的CHF3、气体流量为5sccm的SF 6和气体流量为3sccm 的Ar，腔室压强为12Pa，源功率为400W，偏压功率为100W，电极温度设定为30°C。
[0038] 其中，所述对刻蚀后的所述阻挡层进行氧化为干法氧化和/或湿法氧化。
[0039] 其中，所述对刻蚀后的所述阻挡层进行氧化，包括：
[0040] 气体流量分别为1.6slm的H2和lslm的〇2,氧化炉管温度为1100°C，压强为880mbar。
[0041] 除此之外，本发明实施例还提供了一种碳化硅PiN二极管的结终端结构的制造方 法，包括：
[0042] 在碳化硅上淀积Si02掩膜；
[0043]通过光刻将预制的第二光刻板上的图形转移到所述碳化硅上；
[0044] 刻蚀所述Si02掩膜；
[0045] 干法刻蚀所述碳化硅；
[0046] 淀积衬垫氮化硅层，所述衬垫氮化硅层与所述刻蚀后的Si02掩膜作为阻挡层； [0047]通过光刻将预制的第三光刻板上的图形转移到所述碳化硅上；
[0048]刻蚀所述阻挡层；
[0049] 对所述刻蚀后的阻挡层进行氧化；
[0050] 通过湿法腐蚀去除所述氧化后的阻挡层。
[0051] 其中，所述干法刻蚀所述碳化硅为以所述Si〇2掩膜为刻蚀掩膜，干法刻蚀碳化硅， 其中，刻蚀气体为气体流量为40sccm的CF4和40sccm的〇2，刻蚀深度为1.5μπι-3μπι，源功率为 800W，偏压功率为400W，腔室压强为7mtorr。
[0052]本发明实施例所提供的碳化硅PiN二极管的结终端结构的制造方法，与现有技术 相比，具有以下优点：
[0053]本发明实施例所提供的碳化硅PiN二极管的结终端结构的制造方法，包括:在碳化 硅上淀积衬垫氧化层，并在所述衬底氧化层上淀积衬垫氮化硅层，作为阻挡层;在所述氮化 硅层上涂覆光刻胶，通过光刻将预制的第一光刻板的图形转移到所述氮化硅层上;刻蚀所 述阻挡层；对刻蚀后的所述阻挡层进行氧化;湿法腐蚀去除所述衬垫氮化硅层、衬垫氧化 层，形成台面。
[0054]本发明实施例还提供了一种碳化硅PiN二极管的结终端结构的制造方法，包括:在 碳化硅上淀积Si02掩膜;通过光刻将预制的第二光刻板上的图形转移到所述碳化硅上；刻 蚀所述Si〇2掩膜;干法刻蚀所述碳化硅;淀积衬垫氮化硅层，所述衬垫氮化硅层与所述刻蚀 后的Si0 2掩膜作为阻挡层;通过光刻将预制的第三光刻板上的图形转移到所述碳化硅上； 刻蚀所述阻挡层;对所述刻蚀后的阻挡层进行氧化;通过湿法腐蚀去除所述氧化后的阻挡 层。
[0055] 所述碳化硅PiN二极管的结终端结构的制造方法，首先在晶圆上生长衬垫氧化层 和衬垫氮化硅;然后利用光刻和腐蚀工艺定义需要生长氧化层的区域;再利用衬垫氧化层 和衬垫氮化硅作为阻挡层生长氧化层;组后通过湿法腐蚀的方式去除衬垫氮化硅和衬垫氧 化硅，留下所需要的氧化层。通过这种方法能够避免在获得碳化硅PiN二极管的结终端结构 的过程中由于刻蚀造成的损伤，通过由于进行了氧化，提高了载流子的寿命，从而改善了器 件的性能。
[0056] 综上所述，本发明实施例所提供的碳化硅PiN二极管的结终端结构的制造方法，通 过先生长衬垫氧化层和衬垫氮化硅，后进行局部氧化制作碳化硅PiN二极管的结终端结构， 避免了由于刻蚀造成的损伤，通过氧化提高了载流子的寿命，从而改善了器件的性能。
【附图说明】
[0057] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，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。
[0058]图1为现有技术中的P+场限环结构的SiC SBD结构示意图；
[0059] 图2为现有技术中的结终端扩展JTE结构示意图；
[0060] 图3-6为现有技术中对碳化硅采用干法刻蚀形成的台面的结构示意图；
[0061] 图7为本发明中的碳化硅PiN二极管的结终端结构的制造方法的一种实施方式步 骤示意图；
[0062]图8为本发明中的局部氧化工艺中的鸟嘴效应的原理示意图；
[0063]图9为本发明中的碳化硅PiN二极管的结终端结构的制造方法的另一种实施方式 步骤不意图；
[0064] 图10为220um η型4H-SiC外延层室温下μ-PCD的测试曲线。
【具体实施方式】
[0065] 正如【背景技术】部分所述，由于SiC材料的高硬度及稳定的化学性质，普通的湿法刻 蚀无法获得可行的刻蚀速率。目前，常采用的SiC刻蚀方法多为等离子体干法刻蚀。但是刻 蚀时等离子体轰击晶圆表面必造成损伤，同时还会引入污染。在碳化硅PiN二极管的结终端 结构制作过程中会引起器件电学性能的严重退化。
[0066] 基于此，本发明实施例所提供了一种碳化硅PiN二极管的结终端结构的制造方法， 包括:在碳化硅上淀积衬垫氧化层，并在所述衬底氧化层上淀积衬垫氮化硅层，作为阻挡 层;在所述氮化硅层上涂覆光刻胶，通过光刻将预制的第一光刻板的图形转移到所述氮化 硅层上;刻蚀所述阻挡层;对刻蚀后的所述阻挡层进行氧化;湿法腐蚀去除所述衬垫氮化硅 层、衬垫氧化层，形成台面。
[0067] 除此之外，本发明实施例还提供了一种碳化硅PiN二极管的结终端结构的制造方 法，包括:在碳化硅上淀积Si02掩膜;通过光刻将预制的第二光刻板上的图形转移到所述碳 化娃上；刻蚀所述Si〇2掩膜;干法刻蚀所述碳化娃;淀积衬垫氮化娃层，所述衬垫氮化娃层 与所述刻蚀后的Si0 2掩膜作为阻挡层;通过光刻将预制的第三光刻板上的图形转移到所述 碳化硅上;刻蚀所述阻挡层;对所述刻蚀后的阻挡层进行氧化;通过湿法腐蚀去除所述氧化 后的阻挡层。
[0068]需要说明的是，在本发明中无论是在碳化硅上淀积衬垫氧化层，或是在碳化硅上 淀积Si02掩膜，可以是碳化硅直接作为衬底进行氧化层或者Si02掩膜的淀积，也可以是先在 碳化硅上进行外延层的淀积，在外延层上进行淀积氧化层或者淀积Si0 2掩膜，本发明对此 并不做具体限定。
[0069] 综上所述，所述碳化硅PiN二极管的结终端结构的制造方法，首先在晶圆上生长衬 垫氧化层和衬垫氮化硅;然后利用光刻和腐蚀工艺定义需要生长氧化层的区域;再利用衬 垫氧化层和衬垫氮化硅作为阻挡层生长氧化层;组后通过湿法腐蚀的方式去除衬垫氮化硅 和衬垫氧化硅，留下所需要的氧化层。通过这种方法能够避免在获得碳化硅PiN二极管的结 终端结构的过程中由于刻蚀造成的损伤，通过由于进行了氧化，提高了载流子的寿命，从而 改善了器件的性能。
[0070] 为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明 的【具体实施方式】做详细的说明。
[0071] 在以下描述中阐述了具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以多种不 同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类 似推广。因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。
[0072] 请参考图7，本发明中的碳化硅PiN二极管的结终端结构的制造方法的一种实施方 式步骤示意图。
[0073] 由于进行干法刻蚀中衬底偏压引导等离子体中的离子轰击晶圆表面，而轰击往往 会对晶圆表面的一定厚度的薄层SiC材料造成较大的晶格损伤，而刻蚀产生的残留物也会 对晶圆造成污染，这直接影响到器件性能。所以利用氧化工艺将刻蚀后受损伤的薄层材料 去除，或者直接采用氧化工艺形成台面，都能避免刻蚀对器件造成的不良影响。
[0074] 同时氧化能提高器件的载流子寿命，而PiN结的正向导电是由载流子渡越i区（势 皇区）时的复合过程所造成的。那么PiN结的导通特性与i型层中载流子的复合寿命有很大 的关系。由于i层载流子的有效寿命越长，在大注入情况下该层的电导调制效应就越强，则 器件的正向压降也就越低，因此PiN结的正向压降与载流子有效寿命成反比。所以氧化工艺 改善了器件的性能。
[0075] 在一种【具体实施方式】中，所述碳化硅PiN二极管的结终端结构的制造方法，包括：
[0076] 步骤101，在碳化娃上淀积衬垫氧化层，并在所述衬底氧化层上淀积衬垫氮化娃 层，作为阻挡层；
[0077] 步骤102,在所述氮化硅层上涂覆光刻胶，通过光刻将预制的第一光刻板的图形转 移到所述氮化硅层上；
[0078]步骤103,刻蚀所述阻挡层；
[0079] 步骤104,对刻蚀后的所述阻挡层进行氧化；
[0080] 步骤105,湿法腐蚀去除所述衬垫氮化硅层、衬垫氧化层，形成台面。
[0081 ]所述碳化娃PiN二极管的结终端结构的制造方法，通过在碳化娃上淀积衬垫氧化 层和衬垫氮化硅层，形成阻挡层，然后通过光刻将预制的第一光刻板上图形转移到光刻胶 上，便于后续工艺继续将图形转移到掩膜层上;再刻蚀阻挡层，定义需要生长的氧化层的区 域，将需要生长氧化层的区域上的阻挡层去除，便于后面的局部氧化，下一步再将上述暴露 之后的区域进行氧化，利用鸟嘴效应形成台面，最后通过湿法腐蚀去除衬底氮化硅、衬垫氧 化硅和氧化生成的Si〇2。
[0082]所述碳化硅PiN二极管的结终端结构的制造方法，在干法刻蚀过程中，不会对碳化 硅直接进行ICP刻蚀之类的等离子体干法刻蚀，不会对碳化硅的表面造成损伤，同时由于进 行了氧化工艺，提高了载流子的寿命，从而改善了器件特性。
[0083]而局部氧化工艺里所谓的"鸟嘴效应"是指:在生长氧化层时，阻挡层边缘下方的 材料也会与横向侵入的氧原子进行反应，生成二氧化硅，将阻挡层拱起，形成鸟嘴。鸟嘴效 应的原理示意图如图8所示。
[0084]其中光刻工艺按照传统的光刻工艺流程:气相成底膜(HMDS)-旋转涂光刻胶-前 烘-对准曝光-后烘-显影-坚膜烘焙-显影检查。勾胶时转速为4000rpm，气相成底膜时 间为20min，前烘为5min，显影时间为60s，后烘时间为90s。
[0085]氧化是能改变碳化硅结构性质的一种表面处理方法。SiC的氧化层与硅器件制作 中的Si〇2具有十分相似的作用。例如，氧化层作为工艺过程的掩模，用作金属-氧化物-半导 体(M0S)结构的绝缘层、作为器件表面的电学钝化层等。外延生长前的氧化过程还可以除去 SiC衬底上的抛光损伤。由于Si C能被氧化生成Si02，因此器件制作中可以与成熟的硅器件 平面工艺技术相兼容。实现热氧化不要求特殊的、不同于在硅上获得Si0 2时所利用的工艺 设备。与硅相比，仅仅是碳化硅氧化速度显著减小，以及碳化硅的（0001) "娃"面和"碳"面的 氧化速度不同，"碳"面氧化速率快。SiC氧化层的生长以及质量上的差异与SiC的表面取向、 表面是"碳"面还是"娃"面有关。氧化速率还与SiC多型结构、晶向、缺陷密度以及掺杂浓度 等因素有关。可以采用干氧氧化或湿氧氧化进行热氧化，还可以在N20中热氧化生成Si〇2。 可使用氮化物或氮氧化物绝缘体应用于高温器件。
[0086] 通过实验证明，氧化的确能提高SiC的载流子寿命。图10是220um η型4H-SiC外延 层室温下μ-PCD的测试曲线。未经过处理的外延材料载流子寿命为1. lys。而经过1400°C， 48h的热氧化后，载流子寿命为26. lys。
[0087]其中，所述淀积衬垫氧化层的条件为：
[0088] 400sccm 的 SiH4,800sccm 的 N20,750sccm 的 N2,腔体压强为 900mtorr，温度在 14(TC ~300°C之间。seem为标准毫升每分钟，是一种体积流量单位。需要说明的是，上述的气体流 量的速度只要在其附近即可，连通其它淀积氧化层为经验使用条件值，可以轻微的进行变 动，只要不影响淀积效果即可，只是这种条件下的淀积速度最快，淀积效果最好，轻微变动 淀积条件也可以获得需要的衬垫氧化层，只是淀积效率可能会发生变化，淀积时间变长，与 需要获得的衬垫氧化层的厚度误差较大。需要说明的是，本发明对衬垫氧化层的厚度不做 具体限定，按照实际需求设定即可。
[0089] 淀积所述衬垫氮化硅层的条件为：
[0090] 40〇8(3〇11的3;[!14,4008(30]1的順3,40〇8(3〇]1的犯，腔体压强为70〇1111:〇1'1'，温度范围为 300 Γ ~400。。。
[0091] 所述刻蚀所述阻挡层可以为湿法刻蚀阻挡层，也可以为干法刻蚀所述阻挡层，所 述干法刻蚀阻挡层为反应离子刻蚀阻挡层、电子回旋加速刻蚀阻挡层或ICP刻蚀阻挡层。
[0092] 所述刻蚀所述阻挡层为湿法刻蚀所述阻挡层包括：
[0093] 使用热磷酸在160°C下浸泡，去除所述氮化硅衬垫层；
[0094]使用缓冲氧化硅腐蚀液在25°C下浸泡，去除所述衬垫氧化硅层，所述缓冲氧化硅 腐蚀液为NH4F和HF的混合液，NH4F和HF的体积比为7:1;
[0095] 所述刻蚀阻挡层为干法刻蚀所述阻挡层，包括：
[0096] 以所述光刻胶为掩膜，使用ICP刻蚀所述阻挡层；
[0097] 其中，所述使用ICP刻蚀所述阻挡层中的衬垫氮化硅层，包括：
[0098] 刻蚀气体为气体流量为5sccm的CHF3和气体流量为5sccm的SF6，腔室压强为0 · 6Pa， 源功率为150W，偏压功率为20W，电极温度为20°C;
[0099]所述使用ICP刻蚀所述阻挡层中的衬垫氧化层，包括：
[0100] 刻蚀气体为气体流量为25sccm的CHF3、气体流量为5sccm的SF6和气体流量为3sccm 的Ar，腔室压强为12Pa，源功率为400W，偏压功率为100W，电极温度设定为30°C。
[0101] 半导体材料经过曝光和显影工艺之后，在光刻胶层或者掩膜层中形成的微图形结 构只能给出器件的结构形貌，并不是真正的器件结构，必须把图形转移到下方的材料中才 能得到预想的结构。在Si材料工艺中，可以通过湿法腐蚀或者干法刻蚀的方法实现图形的 转移，其中湿法腐蚀大多采用强氧化剂对Si进行氧化，然后利用HF酸与Si0 2反应去掉Si02， 从而达到对硅的腐蚀。但SiC材料的硬度较高，且化学性质特别稳定，在常温下普通的氧化 剂并不能和SiC起反应。因此，SiC材料普遍采用干法刻蚀来实现器件结构的转移，其中ICP (感应耦合等离子体)刻蚀可以同时产生高的等离子体密度和低的离子轰击能力而被广泛 应用。
[0102] 在ICP刻蚀之前，普遍采用的干法刻蚀工艺为RIE(Reactive Ion Etch反应离子） 刻蚀，它通过给平板电板之间加电压使腔体内的反应气体产生高密度的等离子体，这些等 离子体化学性质非常活跃，可以与刻蚀材料表面发生原子化学反应生成可挥发产物，随系 统的真空抽气系统被排走，从而实现一种化学刻蚀的效果。除此之外，带电的等离子体在平 板电场的作用下也会轰击材料表面，产生一定的物理刻蚀作用。
[0103] 由于SiC材料硬度较高、化学性质比较稳定，在SiC的反应离子刻蚀中需要较高等 离子体密度才能实现较大的刻蚀速率，而等离子体密度的大小直接与功率源的大小成正 比，而功率源的提高使得基板的电场迅速提高，造成反应离子轰击基片的能量大大增加，在 基片的表面形成很多尖端或者凹坑。因此，在反应离子刻蚀SiC中高刻蚀速率和好的刻蚀底 部形貌是一个很大的矛盾。
[0104] 而ICP刻蚀工艺的引进则解决了这个矛盾。在ICP中射频功率是通过感应线圈从外 部耦合进入等离子体发生腔体。而等离子产生区与刻蚀区是分开的，基片的基板与另外一 个功率源相接，作为辅助功率源来加强等离子体的产生。电感耦合产生的电磁场可以长时 间维持等离子体区电子的回旋运动，大大增加了电离几率。另一方面，由于样品基板是独立 输入射频功率，所产生的自偏置电压可以独立控制。因此，ICP既可以产生很高的等离子体 密度，又可以维持较低的离子轰击能量，满足了高刻蚀速率和高刻蚀比两个原来互相矛盾 的要求。
[0105] 所述对刻蚀后的所述阻挡层进行氧化为干法氧化和/或湿法氧化。除热氧化方法 外，对SiC也可以采用离子注入方法对刻蚀后的所述阻挡层进行氧化。为获得一定图案的 Si〇2层，可以利用标准的光刻和化学腐蚀工艺过程。
[0106] 所述对刻蚀后的所述阻挡层进行氧化，干法氧化一般为，包括：
[0107] 气体流量分别为1.6slm的H2和lslm的〇2,氧化炉管温度为1100°C，压强为880mbar。 其中s lm为标注升每分钟，是一种气体流量单位。
[0108] 除此之外，本发明实施例还提供了一种碳化硅PiN二极管的结终端结构的制造方 法，如图9所示，包括：
[0109] 步骤201，在碳化硅上淀积Si〇2掩膜；
[0110] 步骤202,通过光刻将预制的第二光刻板上的图形转移到所述碳化硅上；
[0111] 步骤203,刻蚀所述Si02掩膜；
[0112] 步骤204，干法刻蚀所述碳化硅；
[0113] 步骤205,淀积衬垫氮化硅层，所述衬垫氮化硅层与所述刻蚀后的Si02掩膜作为阻 挡层；
[0114]步骤206,通过光刻将预制的第三光刻板上的图形转移到所述碳化硅上；
[0115] 步骤207，刻蚀所述阻挡层；
[0116] 步骤208,对所述刻蚀后的阻挡层进行氧化；
[0117] 步骤209,通过湿法腐蚀去除所述氧化后的阻挡层。
[0118] 其中，所述在碳化硅上淀积Si02掩膜，包括：
[0119] 采用PECVD淀积厚度为3μπι的Si02,其中，所用气体为400sccm的SiH4、800sccm的N20 和750sccm的N2,压强为900mtorr，温度范围为140°C~300°C。
[0120] 所述刻蚀所述Si02掩膜为湿法腐蚀所述Si02掩膜或干法刻蚀所述Si02掩膜，其中， 所述湿法腐蚀所述Si0 2掩膜为采用体积比为7:1的NH4F和HF的缓冲氧化硅腐蚀液在25°C下 浸泡;所述干法刻蚀所述Si02掩膜为采用ICP，以所述光刻胶为掩膜，对所述Si0 2掩膜进行刻 蚀，刻蚀气体为25sccm的CHF3、5sccm的SF6和3sccm的Ar，源功率为400W，偏压功率为100W，腔 室压强为12Pa，电极温度设定为30°C。
[0121] 所述干法刻蚀所述碳化硅为以所述Si02掩膜为刻蚀掩膜，干法刻蚀碳化硅，其中， 刻蚀气体为气体流量为40sccm的CF4和40sccm的0 2,刻蚀深度为1.5μπι-3μπι，源功率为800W， 偏压功率为400W，腔室压强为7mtorr。
[0122] 所述积衬垫氮化娃层的条件为：气体流量为400sccm的SiH4、400sccm的NH3和 400sccm的N2,腔体压强为700mtorr，温度范围为300°C~400°C之间。
[0123] 在本方法中其它工艺参照前一种方法中的工艺，如光刻、湿法腐蚀的条件、氧化工 〇
[0124] 需要说明的是，本发明中的掩膜层也可采用氮化硅等其他掩膜材料代替二氧化 硅;本发明中的干法刻蚀气体还可以使用其它类型的气体，例如SF 6等其他氟基气体、Cl2等 氯基气体;本发明中的阻挡层和氧化层的去除也可在离子注入后再进行，阻挡层和氧化层 可直接作为离子注入掩膜使用;本发明的制造方法中还可适当加厚掩膜层的厚度，实现深 至5μπι的SiC刻蚀深度。
[0125] 综上所述，本发明实施例所提供的碳化硅PiN二极管的结终端结构的制造方法，首 先在晶圆上生长衬垫氧化层和衬垫氮化硅;然后利用光刻和腐蚀工艺定义需要生长氧化层 的区域;再利用衬垫氧化层和衬垫氮化硅作为阻挡层生长氧化层;组后通过湿法腐蚀的方 式去除衬垫氮化硅和衬垫氧化硅，留下所需要的氧化层。通过这种方法能够避免在获得碳 化硅PiN二极管的结终端结构的过程中由于刻蚀造成的损伤，通过由于进行了氧化，提高了 载流子的寿命，从而改善了器件的性能。
[0126] 以上对本发明所提供的碳化硅PiN二极管的结终端结构的制造方法进行了详细介 绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只 是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员 来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修 饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
【主权项】
1. 一种碳化硅PiN二极管的结终端结构的制造方法，其特征在于，包括： 在碳化硅上淀积衬垫氧化层，并在所述衬底氧化层上淀积衬垫氮化硅层，作为阻挡层； 在所述氮化硅层上涂覆光刻胶，通过光刻将预制的第一光刻板的图形转移到所述氮化 娃层上； 刻蚀所述阻挡层； 对刻蚀后的所述阻挡层进行氧化； 湿法腐蚀去除所述衬垫氮化硅层、衬垫氧化层，形成台面。2. 如权利要求1所述的结终端结构的制造方法，其特征在于，所述淀积衬垫氧化层的条 件为： 400sccm 的 5;1!14,80〇8(3〇]1的犯0,75〇8(3〇]1的犯，腔体压强为90〇1]11:〇1'1'，温度在140°〇~300 °C之间。3. 如权利要求1或2所述的结终端结构的制造方法，其特征在于，淀积所述衬垫氮化硅 层的条件为： 400sccm 的 SiH4,400sccm 的 NH3,400sccm 的 N2,腔体压强为 700mtorr，温度范围为 300°C ~400 cC 〇4. 如权利要求3所述的结终端结构的制造方法，其特征在于，所述刻蚀所述阻挡层为湿 法刻蚀所述阻挡层或干法刻蚀所述阻挡层，包括： 使用热磷酸在160°C下浸泡，去除所述氮化硅衬底垫层； 使用缓冲氧化硅腐蚀液在25°C下浸泡，去除所述衬垫氧化硅层，所述缓冲氧化硅腐蚀 液为NH4F和HF的混合液，NH4F和HF的体积比为7:1。5. 如权利要求3所述的结终端结构的制造方法，其特征在于，所述刻蚀所述阻挡层为干 法刻蚀所述阻挡层，所述干法刻蚀阻挡层为反应离子刻蚀阻挡层、电子回旋加速刻蚀阻挡 层或ICP刻蚀阻挡层。6. 如权利要求5所述的结终端结构的制造方法，其特征在于，所述刻蚀所述阻挡层为 ICP刻蚀阻挡层，包括： 刻蚀气体为气体流量为5sccm的CHF3和气体流量为5sccm的SF6，腔室压强为0.6Pa，源功 率为150W，偏压功率为20W，电极温度为20°C ; 所述使用ICP刻蚀所述阻挡层中的衬垫氧化层，包括： 刻蚀气体为气体流量为25sccm的CHF3、气体流量为5sccm的SF6和气体流量为3sccm的 Ar，腔室压强为12Pa，源功率为400W，偏压功率为100W，电极温度设定为30°C。7. 如权利要求1所述的结终端结构的制造方法，其特征在于，所述对刻蚀后的所述阻挡 层进行氧化为干法氧化和/或湿法氧化。8. 如权利要求1所述的结终端结构的制造方法，其特征在于，所述对刻蚀后的所述阻挡 层进行氧化，包括： 气体流量分别为1.6slm的H2和Islm的02,氧化炉管温度为1100°C，压强为880mbar。9. 一种碳化硅PiN二极管的结终端结构的制造方法，其特征在于，包括： 在碳化硅上淀积SiO2掩膜； 通过光刻将预制的第二光刻板上的图形转移到所述碳化硅上； 刻蚀所述SiO2掩膜； 干法刻蚀所述碳化硅； 淀积衬垫氮化硅层，所述衬垫氮化硅层与所述刻蚀后的SiO2掩膜作为阻挡层； 通过光刻将预制的第三光刻板上的图形转移到所述碳化硅上； 刻蚀所述阻挡层； 对所述刻蚀后的阻挡层进行氧化； 通过湿法腐蚀去除所述氧化后的阻挡层。10.如权利要求9所述的结终端结构的制造方法，其特征在于，所述干法刻蚀所述碳化 硅为以所述SiO2掩膜为刻蚀掩膜，干法刻蚀碳化硅，其中，刻蚀气体为气体流量为4〇SCCm的 CF4和40sccm的02,刻蚀深度为1.5μπι-3μπι，源功率为800W，偏压功率为400W，腔室压强为 7mtorr〇
【文档编号】H01L21/329GK105931963SQ201610526004
【公开日】2016年9月7日
【申请日】2016年7月6日
【发明人】吴佳, 李诚瞻, 史晶晶, 高云斌, 周正东, 刘国友, 彭勇殿
【申请人】株洲中车时代电气股份有限公司