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沟槽构造功率器件制造工艺

到目前为止,功率器件使用Si基板,但由于物理特性的限制,宽禁带半导体(如SiC和GaN)作为下一代基板的使用正在扩大。

 

在功率器件的构造中,以有利于微细化和低电阻化的沟槽结构为例,介绍在功率器件的制造工艺中所需要的技术。

沟槽结构功率器件的工艺流程

 

1. 离子注入(N+注入)

resist掩模,注入氮离子(N+)。

 

由于SiC的扩散系数较低,因此需要通过离子注入代替热扩散技术注入多种能量,并在深度方向改变注入能量。在SiC基板中,根据注入的浓度,可分别使用高温注入和低温注入。

 

面向SiC的离子注入工艺介绍

 

SiC高温离子注入设备

 

 

2. 离子注入(P+注入)

用resist掩模,注入磷离子(P+)。

 

由于SiC的扩散系数较低,因此需要通过离子注入代替热扩散技术注入多种能量,并在深度方向改变注入能量。在SiC基板中,根据注入的浓度,可分别使用高温注入和低温注入。

 

面向SiC的离子注入工艺介绍

 

SiC高温离子注入设备

 

 

 

3. Carbon-Cap成膜(SIC)

在活化退火工艺中,SiC的结合强度要求在1600℃以上进行高温退火。高温时,Si会蒸发并导致表面粗糙,因此通过溅射形成致密的碳膜来处理。

 

面向SiC的离子注入工艺介绍

 

面向Carbon-Cap的溅射设备CS-200

 

 

 

 

4. 活化退火&去除Carbon-Cap

退火后,通过ashing除去碳膜。

 

 

 

 

 

 

5. 沟槽加工用淹模成膜

通过CVD形成绝缘膜,用于沟槽加工。

 

 

 

 

 

6. mask刻蚀

塗布resist、干法刻蚀沟槽加工部分的mask。

为了使沟槽形状垂直,mask也必须垂直刻蚀,此时还必须抑制侧壁的粗糙。

SiC沟槽加工工艺

GaN沟槽加工工艺

干法刻蚀设备介绍

7. 形成沟槽

通过干法刻蚀进行沟槽加工。要求侧壁的平滑度和沟槽底部的圆形。

SiC沟槽加工工艺

GaN沟槽加工工艺

干法刻蚀设备介绍

8. 形成Gate氧化膜&电极

形成用于生成Gate电极的Poly-Si膜。

 

9. 形成Gate绝缘膜

用CVD进行SiO2成膜。

制作胶图形(Resist Patterns),用干法刻蚀加工SiO2。

CVD设备介绍

 

10. 形成Source电极

通过蒸发或溅射形成金属膜,形成电极。

溅射设备介绍

 

11. 形成Drain电极

通过蒸发或溅射形成金属膜,形成背面电极。

溅射设备介绍