[发明专利]一种碳化硅功率器件制备中碳化硅外延片及其处理方法

说明书

本发明提供一种碳化硅功率器件制备中碳化硅外延片及其的处理方法，在所述碳化硅外延片正面和背面分别淀积介质层；对碳化硅外延片正面的介质层进行刻蚀，之后去除碳化硅外延片背面的介质层；对刻蚀完的碳化硅外延片正面进行离子注入。本发明大大减小了碳化硅外延片的翘曲度，且降低了拒片率，提高了光刻工艺精度和离子注入加工精度，降低了离子注入的拒片率和碎片率，大大提高了碳化硅外延片的精度和合格率；在碳化硅外延片正面和背面分步形成各自的介质层，抵消了碳化硅外延片正面直接淀积介质层带来的材料应力，为碳化硅外延片的翘曲度的改善提供基础；成本低，效率高，适用于多种规格的碳化硅外延片。

技术领域

本发明涉及功率半导体器件技术领域，具体涉及一种碳化硅功率器件制备中碳化硅外延片及其处理方法。

背景技术

第三代半导体碳化硅(SiC)材料和传统的硅(Si)基半导体衬底材料电学参数差异极大。SiC材料具有较大的热导率、较宽的禁带间隙、很高的电子饱和速度和击穿电压、较低的介电常数，这些特性决定了其在高温、高频、大功率半导体器件等方面的应用潜力，当前半导体领域研发重点逐渐转移到碳化硅材料上。碳化硅材料和硅材料的物理参数差别较大，由于SiC材料本身的扩散系数很低，传统的离子扩散工艺使得碳化硅材料在高温掺杂后浓度并不会出现较大变化，在实际工艺中，无法通过热扩散方法对SiC材料进行选择性掺杂，即使使用离子注入工艺，碳化硅材料也需要在高温下进行注入，这样有利于获得较高电离率，同时也可以修复晶格损伤。因此，高温离子注入就成为了在SiC上进行选择性掺杂的优选手段。

在SiC器件制备中，SiC元素掺杂即离子注入工艺是：通过等离子增强化学气相沉积(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition，PECVD)方法在SiC外延片表面沉积一层SiO₂薄膜，然后采用光刻方法形成台面图形，通过刻蚀将图形转移到SiO₂掩膜上，去除光刻胶后，以SiO₂图形作为掩膜对SiC外延片进行高温离子注入。通过上述工艺制备碳化硅功率器件需要使用较厚外延层的碳化硅外延片，使用较厚的介质薄膜作为掩蔽层，但是，厚掩膜具有较大的应力，容易引起外延片翘曲，影响光刻工艺传片及加工精度；此外，高温高能离子注入过程容易引入应力，进而引起离子注入过程外延片翘曲，导致加工精度降低，面临碎片风险。

现有技术通常将准备好的碳化硅外延片放入反应室，在650-1050℃下保温10-30min，接着用10-15分钟降温至≤300℃，将硅外延片取出反应室，这样通过高温退火的方式降低碳化硅外延片的翘曲度，但是碳化硅外延片的翘曲度仍然很大，拒片率高。

发明内容

为了克服上述现有技术中碳化硅外延片的翘曲度大且拒片率高的不足，本发明提供一种碳化硅功率器件制备中碳化硅外延片的处理方法，包括：

在所述碳化硅外延片正面和背面分别淀积介质层；

对碳化硅外延片正面的介质层进行刻蚀，之后去除碳化硅外延片背面的介质层；

对刻蚀完的碳化硅外延片正面进行离子注入。

所述在碳化硅外延片正面和背面分别淀积介质层，包括：

在所述碳化硅外延片正面淀积第一介质层；

所述第一介质层形成后预设时间后，在所述碳化硅外延片背面淀积第二介质层；

所述第一介质层形成后预设时间后，在所述碳化硅外延片正面淀积第三介质层。

所述对碳化硅外延片正面的介质层进行刻蚀，之后去除碳化硅外延片背面的介质层，包括：

在所述碳化硅外延片正面第三介质层外涂覆光刻胶，并对所述光刻胶进行图形化处理；

以图形化后的光刻胶作为掩膜对所述碳化硅外延片正面进行刻蚀，并去除光刻胶；