一种半导体器件的制备方法

技术领域

本发明涉及半导体生产领域，特别涉及一种半导体器件的制备方法。

背景技术

第三代半导体材料SiC具有更大的禁带宽度和更高的临界击穿场强、热导率高等优点；相比同等条件下的硅功率器件，更适合制作高压、大功率半导体器件，是下一代高效电力电子器件技术的核心。另外，相对于其它第三代半导体如GaN而言，SiC能够通过热氧化氧化形成二氧化硅，可以是传统的硅MOSFET工艺复制或者转移到SiC。所以SiC被认为是新一代高效能电力电子器件重要的发展方向，在新能源汽车、轨道交通、机车牵引、智能电网等领域具有广阔的应用前景。

但是由于碳化硅材料本身的原因以及碳化硅器件工艺的原因，目前碳化硅器件的可靠性问题一直是应用厂商的困扰，相比于硅器件，碳化硅器件的雪崩耐量远没有硅器件完美，这可能导致器件在使用过程中在器件场版或者注入边缘区域发生电荷聚集，导致热积累而器件失效。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种半导体器件的制备方法，该方法旨在解决器件在高压工作环境下电荷在注入边缘区域聚集发生雪崩击穿的问题。

为了实现以上目的，本发明提供了以下技术方案。

一种半导体器件的制备方法，包括：

提供具有掺杂的SiC外延片；

在所述SiC外延片上形成第一掩膜层；

对所述第一掩膜层进行图形化处理，曝露出第一离子注入区域；

向所述第一离子注入区域进行离子注入，注入类型与所述SiC外延片的掺杂类型相同；

去除第一掩膜层；

去除第一掩膜层之后在所述SiC外延片上形成第二掩膜层；

对所述第二掩膜层进行图形化处理，曝露出第二离子注入区域；

向所述第二离子注入区域进行离子注入，注入类型根据所述半导体器件中离子注入结构的类型确定；

去除第二掩膜层；

激活所述第二离子注入区域注入的离子；

制作所述半导体器件的其他结构。

与现有技术相比，本发明达到了以下技术效果：

在形成二极管阴极或者阳极、三极管源极或漏极等离子注入结构之前，在半导体器件(例如肖特基二极管或者金属-氧化物半导体场效应晶体管等)涉及的注入区域部分以及场版边缘区域注入与外延掺杂类型一致的元素，从而在器件注入结构的下方形成薄的高浓度注入区域，使器件雪崩击穿尽可能发生在外延层内，而非器件栅极、有源区等注入的边缘区域，最终降低器件由于雪崩热积累，发生击穿而导致器件失效的可能。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，本文以SBD器件展开介绍，但这并不认为是对本发明的限制，本发明还适用于MOSFET等器件。

图1至6为本发明制作SBD器件时各步骤得到结构形貌图；

图7为本发明提供的SBD器件的制备方法流程图。

具体实施方式

以下，将参照附图来描述本公开的实施例。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本公开的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本公开的概念。

在附图中示出了根据本公开实施例的各种结构示意图。这些图并非是按比例绘制的，其中为了清楚表达的目的，放大了某些细节，并且可能省略了某些细节。图中所示出的各种区域、层的形状以及它们之间的相对大小、位置关系仅是示例性的，实际中可能由于制造公差或技术限制而有所偏差，并且本领域技术人员根据实际所需可以另外设计具有不同形状、大小、相对位置的区域/层。

在本公开的上下文中，当将一层/元件称作位于另一层/元件“上”时，该层/元件可以直接位于该另一层/元件上，或者它们之间可以存在居中层/元件。另外，如果在一种朝向中一层/元件位于另一层/元件“上”，那么当调转朝向时，该层/元件可以位于该另一层/元件“下”。

以SBD为例，其衬底都是N掺杂或P掺杂衬底，该衬底作为漂移区，通常由外延工艺形成，然后在该衬底上方形成场氧、P+保护环区和肖特基接触区等组成的阳极一侧，在衬底的下方形成阴极一侧。在衬底上方的P+保护环区属于离子注入结构，传统的制备工艺是直接在衬底外延上进行离子注入，这样容易导致该区域电荷聚集，降低器件的可靠性。

为了解决该问题，本发明提供了一种制备具有离子注入结构的半导体器件的方法。

以SBD为例，如图7所示，具体过程包括如下步骤。

步骤S201：如图1所示，使用SiC衬底301，以及具有更高击穿电场强度和更高载流子迁移率的4H-SiC材料作为外延层302，该外延片具有N型或P型掺杂，图中以N型示例。4H-SiC可替换为3C-SiC或6H-SiC等本领域典型的外延材料。

步骤S202：牺牲氧化修复外延表面损伤，标准RCA清洗方法清洗所述的4H-SiC外延片。这一步的目的是优化外延层的质量，牺牲氧化层的形成方式可以是任意的，例如典型的氧化生长法。RCA清洗液包括但不限于SPM、HF、APM、HPM等溶液。

步骤S203：将上述样品进行掩膜生长，形成第一掩膜层。第一掩膜层可以是氧化硅、非晶硅等典型材料，这些材料容易沉积并且容易去除。第一掩膜层可以是单层结构，或者不同材料堆叠而成的多层结构，堆叠层数不限，可以是两层、三层、四层等。例如如图2所示的四层结构，由下至上分别为二氧化硅/非晶硅/二氧化硅/非晶硅，其中氧化硅可采用典型PECVD法形成，每层的厚度在20nm～3μm不等。之后进行标准光刻工艺形成掩膜注入图形303，得到如图2所示的结构，光刻的工艺包括HMDS、涂胶、曝光、显影，显影液为丙酮或者显影液等。光刻后曝露出的区域即为第一离子注入区域，该区域位于源极、漏极、P+保护环区等后续要制作的离子注入结构区域，可以与这些离子注入结构区域完全重叠或者部分重叠。

步骤S204：如图3所示，在步骤S203形成的第一离子注入区域内进行离子注入工艺，离子注入类型和外延层掺杂类型一致，浓度略高于外延掺杂浓度，形成掺杂区域304。这一步的离子注入属于高温高能离子注入工艺，注入深度通常在0.8μm以上。

步骤S205：剥离掩膜注入图形303，后进行清洗。剥离的手段包括但不限于干法刻蚀及RCA清洗，所用设备为干法刻蚀机和清洗槽等。之后再次进行离子注入掩膜生长，形成第二掩膜层。与第一掩膜层的情况类似，第二掩膜层也可以是单层结构，或者不同材料堆叠而成的多层结构，堆叠层数不限，可以是两层、三层、四层等。例如如图4所示的四层结构，由下至上分别为二氧化硅/非晶硅/二氧化硅/非晶硅，其中氧化硅可采用典型PECVD法形成，每层的厚度在20nm～3μm不等。之后进行标准光刻工艺形成掩膜注入图形305，得到如图4所示的形貌；该注入图形305则是最终的离子注入结构(源极、漏极、P+保护环区等)所在的区域。

步骤S206：在上一步曝露出的离子注入区域内进行离子注入工艺，注入元素及浓度根据器件结构而定，注入区域与304中心区域有部分重叠，形成注入区域306，得到如图5所示的形貌，注入的类型及深度也是由源极、漏极、P+保护环区等这些离子注入结构决定的。

步骤S207：进行离子激活、金属电极307、场氧308等其他工艺，完成器件SBD的制作，如图6所示。

本发明的上述实施例方以SBD为例，但本发明并不仅限于这类器件，，质押需要在碳化硅上形成离子注入结构的器件均适用于该法，例如典型的MOSFET器件。由于本发明在在形成源极或漏极等离子注入结构之前，在半导体器件涉及的注入区域部分以及场版边缘区域注入与外延掺杂类型一致的元素，从而在器件注入结构的下方形成薄的高浓度注入区域，使器件雪崩击穿尽可能发生在外延层内，而非器件栅极、有源区等注入的边缘区域，最终降低器件由于雪崩热积累、发生击穿而导致器件失效的可能，提高了器件可靠性。

以上对本公开的实施例进行了描述。但是，这些实施例仅仅是为了说明的目的，而并非为了限制本公开的范围。本公开的范围由所附权利要求及其等价物限定。不脱离本公开的范围，本领域技术人员可以做出多种替代和修改，这些替代和修改都应落在本公开的范围之内。