一种SiC功率器件的注入掩膜刻蚀方法与流程

本发明属于半导体，具体涉及一种sic功率器件的注入掩膜刻蚀方法。

背景技术：

1、sic材料禁带宽度大、击穿电场高、饱和漂移速度和热导率大，这些材料优越性能使其成为制作高功率、高频、耐高温、抗辐射器件的理想材料。

2、sic dmosfet在大功率应用中具有很大价值，这都归功于其较高的阻断电压和与si dmosfet相近的驱动电路设计。在碳化硅功率器件制备上为了获得对表面电荷的控制，已经逐步从单独注入区域技术发展成为了多注入区域的技术。

3、然而，这种技术增加了注入以及掩膜制备步骤，对于半导体器件的批量化制备是不利的。

技术实现思路

1、为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种sic多级沟槽结构的刻蚀方法。本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：

2、本发明实施例提供了一种sic功率器件的注入掩膜刻蚀方法，包括步骤：

3、制备从下至上依次层叠的sic衬底层、sic外延层和掩膜组层，所述掩膜组层包括从下至上依次层叠设置的第一层掩膜层、第二层掩膜层和第三层掩膜层；

4、在所述第三层掩膜层上旋涂光刻胶，并去除刻蚀区域的光刻胶，以得到处于所述刻蚀区域两侧的光刻胶；

5、以处于所述刻蚀区域两侧的光刻胶为刻蚀阻挡层，利用第一刻蚀工艺刻蚀所述第三层掩膜层、所述第二层掩膜层至暴露所述第一层掩膜层的上表面，再利用第二刻蚀工艺刻蚀所述刻蚀区域内的第一层掩膜层至暴露所述sic外延层的上表面；

6、横向刻蚀所述刻蚀区域两侧的第一层掩膜层和第二层掩膜层，以将两部分所述第一层掩膜层刻蚀成为第一层掩膜子层和第二层掩膜子层，将两部分所述第二层掩膜层刻蚀成为第三层掩膜子层和第四层掩膜子层，其中，所述第一层掩膜子层和所述第二层掩膜子层之间的间距大于所述第三层掩膜子层和所述第四层掩膜子层之间的间距，所述第三层掩膜子层和所述第四层掩膜子层之间的间距大于位于所述刻蚀区域两侧的所述第三层掩膜层之间的间距；

7、去除所述第三层掩膜层上的光刻胶，并通过所述第一层掩膜子层、所述第二层掩膜子层、所述第三层掩膜子层、所述第四层掩膜子层和所述第三层掩膜层所组成的掩膜台阶结构，对所述sic外延层进行离子注入，以在所述sic外延层中形成离子注入浓度由中心向两端依次降低的离子注入区域。

8、在本发明的一个实施例中，制备从下至上依次层叠的sic衬底层、sic外延层和掩膜组层，包括：

9、在所述sic衬底层上制备sic外延层；

10、利用离子体增强化学气相沉积方法在所述sic外延层上依次沉积第一层掩膜层、第二层掩膜层和第三层掩膜层。

11、在本发明的一个实施例中，以处于所述刻蚀区域两侧的光刻胶为刻蚀阻挡层，利用第一刻蚀工艺刻蚀所述第三层掩膜层、所述第二层掩膜层至暴露所述第一层掩膜层的上表面，包括：

12、以处于所述刻蚀区域两侧的光刻胶为刻蚀阻挡层，利用干法刻蚀工艺刻蚀所述第三层掩膜层、所述第二层掩膜层至暴露所述第一层掩膜层的上表面。

13、在本发明的一个实施例中，所述第一层掩膜层包括cdte掩膜层，所述第二层掩膜层包括sin掩膜层，所述第三层掩膜层包括sio2掩膜层。

14、在本发明的一个实施例中，利用第二刻蚀工艺刻蚀所述刻蚀区域内的第一层掩膜层至暴露所述sic外延层的上表面，包括：

15、利用第一湿法腐蚀工艺刻蚀所述刻蚀区域内的第一层掩膜层至暴露所述sic外延层的上表面。

16、在本发明的一个实施例中，利用第一湿法腐蚀工艺刻蚀所述刻蚀区域内的第一层掩膜层至暴露所述sic外延层的上表面，包括：

17、利用第一湿法腐蚀工艺刻蚀所述刻蚀区域内的第一层掩膜层至暴露所述sic外延层的上表面，所述第一湿法腐蚀工艺的腐蚀液包括hno3和h3po4的混合溶液，温度为常温。

18、在本发明的一个实施例中，横向刻蚀所述刻蚀区域两侧的第一层掩膜层和第二层掩膜层，以将两部分所述第一层掩膜层刻蚀成为第一层掩膜子层和第二层掩膜子层，将两部分所述第二层掩膜层刻蚀成为第三层掩膜子层和第四层掩膜子层，包括：

19、加热腐蚀液，利用第二湿法腐蚀工艺横向腐蚀所述刻蚀区域两侧的cdte材料的第一层掩膜层和sin材料的第二层掩膜层，以将两部分所述第一层掩膜层分别刻蚀成为第一层掩膜子层和第二层掩膜子层，将两部分所述第二层掩膜层分别刻蚀成为第三层掩膜子层和第四层掩膜子层。

20、在本发明的一个实施例中，所述第二湿法腐蚀工艺的hno3和h3po4的混合溶液的加热温度为150-165℃。

21、在本发明的一个实施例中，对所述sic外延层进行离子注入，以在所述sic外延层中形成离子注入浓度由中心向两端依次降低的离子注入区域，包括：

22、对所述sic外延层进行离子的垂直注入或倾角注入，以在所述sic外延层中形成离子注入浓度由中心向两端依次降低的离子注入区域，所述离子注入区域为沿垂直中心线对称的阶梯状区域。

23、在本发明的一个实施例中，所述离子注入区域中注入的离子包括al离子。

24、与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

25、本发明在sic衬底层上形成sic外延层，在外延层正面制备“三明治”结构的第一层掩膜层、第二层掩膜层和第三层掩膜层，然后通过选择性地掩蔽、刻蚀上述注入掩膜层，以去除刻蚀区域中的第一层掩膜层、第二层掩膜层和第三层掩膜层，并对去除第一层掩膜层、第二层掩膜层和第三层掩膜层的刻蚀区域进行横向刻蚀，形成掩膜台阶结构，通过掩膜台阶结构向sic外延层进行离子注入，可以形成具有多种离子深度的结构，可以避免离子注入对碳化硅表面损伤，消除表面不可控的低浓度注入区域，与现有工艺兼容，简化了器件加工工艺，减少了光刻次数、注入掩膜加工次数，便于器件的批量化制备，并且提高了器件结构的可靠性和稳定性。

26、以下将结合附图及实施例对本发明做进一步详细说明。

技术特征：

1.一种sic功率器件的注入掩膜刻蚀方法，其特征在于，包括步骤：

2.根据权利要求1所述的注入掩膜刻蚀方法，其特征在于，制备从下至上依次层叠的sic衬底层(1)、sic外延层(2)和掩膜组层，包括：

3.根据权利要求1所述的注入掩膜刻蚀方法，其特征在于，以处于所述刻蚀区域两侧的光刻胶(6)为刻蚀阻挡层，利用第一刻蚀工艺刻蚀所述第三层掩膜层(5)、所述第二层掩膜层(4)至暴露所述第一层掩膜层(3)的上表面，包括：

4.根据权利要求1所述的注入掩膜刻蚀方法，其特征在于，所述第一层掩膜层(3)包括cdte掩膜层，所述第二层掩膜层(4)包括sin掩膜层，所述第三层掩膜层(5)包括sio2掩膜层。

5.根据权利要求4所述的注入掩膜刻蚀方法，其特征在于，利用第二刻蚀工艺刻蚀所述刻蚀区域内的第一层掩膜层(3)至暴露所述sic外延层(2)的上表面，包括：

6.根据权利要求5所述的注入掩膜刻蚀方法，其特征在于，利用第一湿法腐蚀工艺刻蚀所述刻蚀区域内的第一层掩膜层(3)至暴露所述sic外延层(2)的上表面，包括：

7.根据权利要求6所述的注入掩膜刻蚀方法，其特征在于，横向刻蚀所述刻蚀区域两侧的第一层掩膜层(3)和第二层掩膜层(4)，以将两部分所述第一层掩膜层(3)刻蚀成为第一层掩膜子层(31)和第二层掩膜子层(32)，将两部分所述第二层掩膜层(4)刻蚀成为第三层掩膜子层(41)和第四层掩膜子层(42)，包括：

8.根据权利要求7所述的注入掩膜刻蚀方法，其特征在于，所述第二湿法腐蚀工艺的hno3和h3po4的混合溶液的加热温度为150-165℃。

9.根据权利要求1所述的注入掩膜刻蚀方法，其特征在于，对所述sic外延层(2)进行离子注入，以在所述sic外延层(2)中形成离子注入浓度由中心向两端依次降低的离子注入区域，包括：

10.根据权利要求9所述的注入掩膜刻蚀方法，其特征在于，所述离子注入区域中注入的离子包括al离子。

技术总结
本发明涉及一种SiC功率器件的注入掩膜刻蚀方法，注入掩膜刻蚀方法包括提供SiC衬底；在上述SiC衬底上形成外延层，在外延层正面制备“三明治”结构的介质层；选择性地掩蔽、干法刻蚀和湿法刻蚀上述注入掩膜层，以得到若干所需的离子注入第一窗口；利用湿法腐蚀对上述离子注入第一窗口侧壁进行横向刻蚀，形成具有不同台阶厚度注入掩膜，通过所述具有多种厚度的掩膜台阶向所述外延层进行离子注入，形成具有多种离子深度的结构，可以避免离子注入对碳化硅表面损伤，消除表面不可控的低浓度注入区域，与现有工艺兼容，简化了器件加工工艺，减少光刻次数和注入掩膜加工次数。

技术研发人员：邹芳,韩超,潘恩赐,陶利,吴勇
受保护的技术使用者：西电芜湖研究院有限责任公司
技术研发日：
技术公布日：2024/4/17