一种碳化硅器件终端结构的制作方法
【专利说明】
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种微电子器件的制作方法，具体讲涉及一种碳化硅器件的边缘终端结构的制作方法。
【【背景技术】】
[0002]相对于以硅为代表的第一代半导体和以砷化镓为代表的第二代半导体，第三代半导体的碳化硅和氮化镓具有更大的禁带宽度和临界击穿电场，较为适合制造高温大功率半导体器件。目前，碳化硅功率器件是国际上的研发热点。
[0003]对于功率器件而言，需要对边缘终端(edge terminat1n)进行良好的设计。合理设计的边缘终端不仅是确保功率器件耐压能力的关键，也是保证功率器件可靠工作的重要部分。常用的碳化娃器件边缘终端结构有场限环(field limiting ring，FLR)、结终端延伸(junct1n terminat1n extens1n，JTE)和场板(field plate，FP)等。
[0004]场限环(FLR)是一种常用的功率器件边缘终端结构，该结构可以和器件主结区同时制作，因而制造步骤简单，成本低廉。然而，场限环结构对于氧化物-半导体界面电荷非常敏感。这一问题在碳化硅器件中更为严重，因为场氧化层通常采用沉积的方式制作。一般来说，沉积氧化层比热生长氧化层的质量更低，其碳化硅-氧化层界面具有比硅器件更大的电荷密度。
[0005]结终端延伸(JTE)是一种非常有效的功率器件边缘终端结构，可以减少聚集在边缘区域的电场，减少耗尽区与器件表面的相互作用。然而，结终端延伸对注入剂量变化非常敏感，需要对有效掺杂浓度和结深度的乘积严格控制。而且，增加的光刻和注入步骤会增加制造成本。
[0006]场板(FP)也是一种常用的功率器件边缘终端结构。在常规的场板边缘终端结构中，由金属场板之下的氧化层承受高电场。这种结构应用于最高电场强度相对较低的硅器件中，具有良好的效果。然而，在碳化硅功率器件中，由于碳化硅的最高电场强度非常高(约2MV/cm)，这将导致氧化层承受更高的电场，并且将引起可靠性问题。因此，场板边缘终端结构不适合于碳化硅功率器件。
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【发明内容】
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[0007]针对上述问题，本发明提供一种采用刻蚀工艺制作碳化硅功率器件边缘终端的方法，可以降低光刻工艺台阶高度，提高图形线条精度，同时，简化工艺流程，降低制造成本，适合批量化生产。
[0008]为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下:
[0009]一种碳化硅器件终端结构的制作方法，依次包括以下步骤:
[0010]S101.清洗碳化硅衬底，所述碳化硅衬底包含第一和第二表面；
[0011 ] S102.沉积第一掩膜材料，所述第一掩膜材料覆盖所述碳化硅衬底的第一表面；
[0012]S103.第一掩膜材料图形化，暴露出部分碳化硅衬底的第一表面；
[0013]S104.沉积第二掩膜材料，所述第二掩膜材料覆盖图形化的第一掩膜材料及暴露出的碳化娃衬底第一表面；
[0014]S105.第二掩膜材料图形化，暴露出部分碳化硅衬底的第一表面，所述图形化的第二掩膜材料部分或全部覆盖图形化的第一掩膜材料；
[0015]S106.刻蚀碳化硅衬底形成第一凹槽，所述第一凹槽底部和侧壁的转角处形成圆弧形过渡结构；
[0016]S107.去除第二掩膜材料，暴露出图形化的第一掩膜材料和碳化硅衬底的第一表面；
[0017]S108.刻蚀碳化硅衬底形成第二凹槽；
[0018]S109.去除第一掩膜材料。
[0019]优选的，在所述步骤S108刻蚀碳化硅衬底形成第二凹槽中，所述第二凹槽底部和侧壁的转角处以及第二凹槽底部与第一凹槽侧壁的转角处形成圆弧形过渡结构。
[0020]优选的，在所述步骤S108刻蚀碳化硅衬底形成第二凹槽中，第二凹槽侧壁近似垂直，与碳化硅衬底第一表面近似成直角，即第二凹槽侧壁与碳化硅衬底第一表面之间的角度为80?95。。
[0021]优选的，在所述步骤S107去除第二掩膜材料中，选择性地去除第二掩膜材料，而不损伤第一掩膜材料及碳化硅衬底。
[0022]优选的，在所述步骤S105第二掩膜材料图形化之后还包括步骤:沉积第三掩膜材料并图形化，所述图形化的第三掩膜材料部分或全部覆盖图形化的第二掩膜材料和第一掩膜材料。
[0023]优选的，在所述步骤S106刻蚀碳化硅衬底形成第一凹槽之前还包括步骤:刻蚀碳化硅衬底形成第三凹槽，去除第三掩膜材料。
[0024]优选的，每次刻蚀碳化硅衬底步骤之前，还包括湿法腐蚀或干法刻蚀掩膜材料，在掩膜材料边缘形成平缓的凸起的圆弧状的过渡形貌。
[0025]优选的，所述碳化硅衬底为裸片，或包含不同的掺杂区域，所述掺杂区域为η型或P型掺杂，不同的区域具有不同的掺杂浓度，或在衬底的第一表面和/或第二表面包含外延层，所述外延层为η型或P型，不同的外延层区域具有不同的掺杂浓度。
[0026]优选的，所述碳化硅衬底的第一表面和/或第二表面包含绝缘层和/或金属层，所述绝缘层是氧化硅、氮化硅、聚酰亚胺或其复合结构，所述金属层和碳化硅半导体表面形成肖特基接触和/或欧姆接触，所述金属层是钨、铬、铂、钛、银、金、铝、镍、铜或其合金及复合结构。
[0027]和最接近的现有技术比，本发明的有益效果为:
[0028]1、连续沉积并图形化第一、第二掩膜材料，然后进行碳化硅衬底刻蚀，避免了在刻蚀后的碳化硅衬底上进行光刻工艺，有效地降低了制作过程中光刻工艺的台阶高度，可以提高图形线条精度，有利于减小终端结构占用的芯片面积；
[0029]2、在刻蚀台阶的内转角和外转角处形成圆弧形过渡结构，减少了电场集聚，使电场均匀分布，有利于提高功率器件的耐压值；
[0030]3、在刻蚀台阶与碳化硅衬底表面处形成近似直角以及垂直的侧壁，避免形成负角度斜面终端，使电场分布均匀，有利于提高功率器件的耐压值；
[0031]4、简化了工艺流程，降低了制造成本，适合批量化生产；
[0032]5、器件的耐压值可以提高7%左右，同时还可以扩展器件加工的工艺窗口，提高器件性能的一致性。。
【【附图说明】】
[0033]图1是本发明方法的流程图；
[0034]图2是实施例1中提供的碳化娃衬底的不意图；
[0035]图3是实施例1中在碳化硅衬底上制作第一掩膜材料并图形化的示意图；
[0036]图4是实施例1中在碳化硅衬底上制作第二掩膜材料并图形化的示意图；
[0037]图5是实施例1中刻蚀碳化硅衬底形成第一凹槽的示意图；
[0038]图6是实施例1中去除碳化硅衬底上的第二掩膜材料的示意图；
[0039]图7是实施例1中刻蚀碳化硅衬底形成第二凹槽的示意图；
[0040]图8是实施例1中去除碳化硅衬底上的第一掩膜材料的示意图；
[0041]图9是实施例2中提供的碳化娃衬底的不意图；
[0042]图10是实施例2中在碳化硅衬底上制作第一掩膜材料并图形化的示意图；
[0043]图11是实施例2中在碳化硅衬底上制作第二掩膜材料并图形化的示意图；
[0044]图12是实施例2中在碳化硅衬底上制作第三掩膜材料并图形化的示意图；
[0045]图13是实施例2中刻蚀碳化硅衬底形成第一凹槽并去除第三掩膜材料的示意图；
[0046]图14是实施例2中刻蚀碳化硅衬底形成第二凹槽并去除第二掩膜材料的示意图；
[0047]图15是实施例2中刻蚀碳化硅衬底形成第三凹槽并去除第一掩膜材料的示意图；
[0048]图16是仿真的采用本发明实施例提供的终端结构的碳化硅二极管器件与采用常规刻蚀终端器件的击穿电压对比图。。
【【具体实施方式】】
[0049]下面结合附图和实施例，对本发明的【具体实施方式】作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但并不限制本发明的范围。
[0050]如图1所示，本发明所述的碳化硅器件终端结构制作方法，包括步骤:S101.清洗碳化硅衬底，所述碳化硅衬底包含第一和第二表面；S102.沉积第一掩膜材料，所述第一掩膜材料覆盖所述碳化硅衬底的第一表面；S103.第一掩膜材料图形化，暴露出部分碳化硅衬底的第一表面；S104.沉积第二掩膜材料，所述第二掩膜材料覆盖图形化的第一掩膜材料及暴露出的碳化硅衬底第一表面；S105.第二掩膜材料图形化，暴露出部分碳化硅衬底的第一表面，所述图形化的第二掩膜材料部分或全部覆盖图形化的第一掩膜材料；S106.刻蚀碳化硅衬底形成第一凹槽，所述第一凹槽底部和侧壁的转角处形成圆弧形过渡结构；S107.去除第二掩膜材料，暴露出图形化的第一掩膜材料和碳化硅衬底的第一表面；S108.刻蚀碳化硅衬底形成第二凹槽，所述第二凹槽底部和侧壁的转角处以及第二凹槽底部与第一凹