[发明专利]多能离子注入实现阶梯状掺杂浓度分布的方法

说明书

技术领域

本发明涉及离子注入设计领域，特别涉及一种多能离子注入实现阶梯状掺杂浓度分布的方法。

背景技术

离子注入是半导体器件制备的关键工艺，尤其是针对SiC材料，离子注入是形成SiC器件掺杂的核心工艺技术。碳化硅(SiC)作为新一代宽禁带半导体材料，具有热导率高、电子的饱和速度大、击穿电压高等优点，是高温、大功率、高频等半导体器件的理想材料。但由于杂质在SiC中的扩散系小，离子注入掺杂是除了外延掺杂以外的唯一可行的方法，离子注入工艺的良好解决有助于SiC材料的进一步推广应用，使SiC器件的制备更加灵活。

通过离子注入对器件进行掺杂，不同器件对掺入杂质的浓度和深度都有特定的要求，许多电子器件在制作过程中都要求掺入杂质的分布在不同区域、不同深度为一特定的形状，才有利于提高器件性能。如渡越时间雪崩二极管(IMPATT)，要求载流子分布为一平坦分布，以达到频率高、效率高的目的，这种IMPATT理想分布曲线需要四次能量叠加组成；又如双极型npn晶体管，要求基区载流子分布窄而平坦，才能提高器件截止频率，并且提高管芯成本率；特别是在SiC电力电子器件领域，大多器件都需要采用多次不同能量的离子注入形成结终端(JTE)结构或各种保护环结构的均匀掺杂来提高器件击穿电压，其中SiC JBS/MPS二极管要求P+保护环和结终端(JTE)区域的P型掺杂浓度为阶梯状均匀分布，以确保电荷、电场分布均匀，以提高反向击穿电压和器件性能。

为获得较均匀的掺杂浓度分布，目前一般采用多次不同能量的离子注入方法实现。相对于一次注入，采用多次注入时对注入深度、注入能量、注入剂量的精确计算更为困难，这对均匀性要求比较高的所需深度、特定区域、特定形状掺杂浓度的设计，提出了更高的要求。

目前，对于单能离子注入的模拟设计方法的专利很多，如申请号为“98100467.9”的中国专利申请中提供一种离子注入过程模拟方法，利用由两个代表不同剖面成分的Pearson标准函数线性组合而成的双皮尔森(dual Pearson)函数描述离子注入剖面，线性组合系数为与两个Pearson标准函数对应的不同剖面成分的剂量值，再利用内插法和外推法获得剂量值系数系列，进而形成两个Pearson标准函数的不同线性组合，以模拟离子注入过程。申请号为“200610026759.2”的中国专利在此基础上，也提出了一种涉及半导体制程中离子注入工艺的模拟方法，采用实际分布设定模拟函数，提取模拟参数，形成参数矩阵的方法，研究了离子注入剂量和能量对注入离子在半导体材料内分布的影响规律。以上这些方法基本上都是基于LSS理论预言，入射离子在非晶靶中的射程分布是高斯分布，基本上都是单能离子注入规律，只适合单次注入的能量和剂量的变化对离子分布的影响，而多次注入能量和剂量的组合形成特定形状的掺杂浓度分布与LSS理论预言不同，这些专利中都没有给出多次能量叠加的具体参数设计方案。

根据国内外的文献来看，有报道过通过离子注入形成箱型均匀掺杂浓度分布，一般直接给出能量和剂量组合值，没有给出明确的设计方法。对于均匀掺杂，一般是利用单能注入的设计方法，根据深度要求，把所有所需深度范围内的能量通过查表或者采用Trim软件计算出相应的入射粒子注入进靶材的平均投影射程(R_p)值和投影射程的标准偏差(ΔR_p)值，然后根据经验大致选择2-6个能量组合，分别计算出杂质的浓度随深度的分布曲线，最后把几个计算得出杂质的浓度随深度的分布曲线进行叠加而成。

但是，这些设计方法存在以下缺陷：第一，多次注入的能量和剂量组合的确定存在很大的随意性，特别是能量组合的确定，没有一个确定的参数设计方法，都是靠经验进行，这样不仅重复性差，而且浪费精力，不能快速、有效的得到精确控制的、任意掺杂浓度分布；第二，离子注入是影响器件性能的关键工艺，有些器件对注入离子的掺杂浓度分布要求很高，如果工艺设计不精确，将导致工艺复杂，返工，或可能导致器件性能的下降；第三，对于类似阶梯状掺杂浓度分布，拐点处陡直性的设计非常关键，如SiC器件的结终端(JTE)对浓度非常敏感，如果设计区域浓度分布出现长拖尾现象，将直接影响到器件击穿特性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种能快速、精确控制任意掺杂浓度分布的多能离子注入实现阶梯状掺杂浓度分布的方法。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种多能离子注入实现阶梯状掺杂浓度分布的方法包括：