碳化硅半导体装置的制造方法

碳化硅半导体装置的制造方法

苏双图

福建北电新材料科技有限公司，福建 泉州 362411

摘要：碳化硅半导体装置是具有碳化硅层的半导体装置，具有高耐压、低损失、低漏电电流、能够高温工作、能够高速工作等的优良特性。因此，这样的半导体装置特别适合应用在开关(switching)元件、整流元件等的功率元件中。下文介绍一种碳化硅半导体装置的制造方法，该方法能够以高生产率制造碳化硅半导体装置，并且可以改善由于在蚀刻工序中硅成分残存而造成的在设备特性中产生变化的问题。

关键词：碳化硅；半导体装置；制造方法

碳化硅可以制造高耐压大功率电力电子器件如肖特基二极管（SBD/JBS）绝缘栅双极型晶体管（GBT）、晶闸管（GTO）金属一氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）等，用于智能电网，太阳能并网、电动汽车等行业。

一、碳化硅半导体装置100概述

如图1所示，碳化硅半导体装置100具有碳化硅层110，在碳化硅层110的第一主面侧被形成的反应层120及负极电极层130，在碳化硅层110的第二主面侧被形成的阻挡金属（barrier meta1）层140及正极电极层142及保护绝缘层144的肖特基二极管。

图1 碳化硅半导体装置100

二、碳化硅半导体装置100制造方法

1 碳化硅层准备工序

准备具有n+型碳化硅基板12和n-外延层114积层的构造的碳化硅层110。在n外延层114的表形成p型的保护环116。

2 导电层形成工序

在碳化硅层110（n+型碳化硅基板112）的第一主面侧的表面上，通过例如EB蒸镀，形成由镍构成的导电层122。导电层122的厚度例如设定为50nm～500nm。作为导电层122的材料，也可以使用镍以外的金属材料（例如:铝、钛、钻等）。

3 热处理工序

让碳化硅层110（n+型碳化硅基板112）和导电层122进行反应，进行形成由与碳化硅层110（n+型碳化硅基板11）相接的反应层120和由存在于该反应层120上的硅化物层124构成的合金层的热处理。热处理是在去除了水分和氧等的高纯度的氩（Ar）等不活泼的气体中，在1000℃，2分钟的条件下进行。这样，导电层122中含有的镍成分向n+型碳化硅基板112中

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图2 前半部工序示意图

扩散形成反应层120与此同时，n+型碳化硅基板112中含有的硅成分和碳成分向导电层122中扩散形成硅化物层124（参照图2（c）和图2（d））。

4 第一等离子灰化工序

通过第一等离子灰化去除硅化物层124中含有的碳成分（参照图2（e）第一等离子灰化是使用氧气实施。由于通过进行该第一等离子灰化工序，硅化物层124的表面附近的碳成分被去除，因此可以有效地进行后述的蚀刻工序。并且，这时通过第一等离子灰化工序，在硅化物层124的表面形成了氧化镍层126。

5 蚀刻工序

通过使用含有盐酸、硝和氟酸的蚀刻液（蚀刻液）去除硅化物层124，使反应层120的表面露出（参照图3（a））。在该蚀刻工序中，硅化物层124中的镍成分通过盐酸被去除，另外，硅成分通过和氟酸被去除。并且，在该蚀刻工序中，通过第一等离子灰化工序形成的氧化镍层126也被去除。蚀刻液含有的盐酸、和氟酸的含有率是:当将设定为100mol时，盐酸在300mol～500mol的范围内，氟酸在0.1mol～5mol的范围内。

6 第二等离子灰化工序

通过第二等离子灰化工序去除反应层120的表面的碳成分。第二等离子灰化是使用氧气来实施。这样，使得从反应层120的表面去除碳成分成为可能。在第二等离子灰化工序中，在反应层120的表

图3 后半部工序示意图

面形成了氧化层128（参照图3（b））。另外，也可以使用氢气或氧气和氢气的混合气体来代替氧气实施第二等离子灰化工序。

7 第二蚀刻工序

使用含有氟酸的蚀刻液去除在第二等离子灰化工序中形成的氧化层128在该第二蚀刻工序中，以在第二等离子灰化工序中形成的氧化层128被完全去除的条件（蚀刻时间:3分）实施第二蚀刻工序（参图3（c））。通过该第二蚀刻工序，使后面形成的负极电极层130和碳化硅层110通过反应层120能够良好地接合。

8 负极电极层形成工序

洗净反应层120的表面（酸洗净）后，在反应层120的表面上，通过例如溅射等的物理气相沉积法（PVD），形成由镍构成的负极电极层130。进一步，在n外延层114的表面上，形成保护绝缘层144、阻挡金属层140以及正极电极层142。

三、结语

综上所述，此种碳化硅半导体装置的制造方法，由于使用蚀刻工序而不是CMP工序去除硅化物层，能够改善由于在蚀刻工序中硅成分残存而造成的在设备特性中发生变化的问题，比以往其他的碳化硅半导体装置的制造方法具备更高的生产率。

参考文献：

[1]俞笑竹.新型半导体材料的制备及性能研究[D].上海交通大学,2012.

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