МАСКА ДЛЯ ИОННОГО ЛЕГИРОВАНИЯ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПРИБОРОВ НА ОСНОВЕ КАРБИДА КРЕМНИЯ

Полезная модель относится к области электронной техники, а именно к конструкции масок для планарной технологии изготовления полупроводниковых приборов на основе карбида кремния с использованием процессов ионного легирования.
Известны маски для ионного легирования полупроводниковых приборов, состоящие из слоя органического материала на поверхности полупроводника и сформированных в этом слое областями для легирования (см. X. Риссел, И. Руге. Ионная имплантация. Пер. с нем. В.В. Климова, В.Н. Пальянова. / Под ред. М.И. Гусевой. - М.: Наука. Главная редакция физико-математической литературы. 1983. стр. 58-65.). В качестве маскирующего слоя выбирают светочувствительные лаки (фоторезисты), в котором методом фотолитографии формируют области, подлежащие легированию. В областях подлежащих легированию фоторезист удаляется. Светочувствительные лаки (фоторезисты) выбирают позитивными, т.к. они имеют высокую разрешающую способность по сравнению с негативными. Толщина слоя маски фоторезиста должна быть больше наибольшей проекции пробега ионов в слое фоторезиста. В случае, если в качестве полупроводникового материала используют карбид кремния, то в одном процессе легирования применяют последовательно несколько энергий имплантации в интервале от 150 до 500кэВ, а в отдельных случаях до 1000кэВ. Энергией имплантации для карбида кремния является энергия 400-450 кэВ. В этом случае необходимая толщина маскирующего слоя фоторезиста, например, для ионов бора, составляет около 4 мкм.
При применении таких слоев фоторезиста минимальная ширина щели для легирования получается не менее 5 мкм. Границы маскирующего слоя из-за явления дифракции света при фотолитографии и из-за проявления фоторезиста получаются не перпендикулярными плоскости карбидкремниевой пластины, а находятся под острым углом (около 45-60°) к поверхности пластины, и, таким образом, эффективная ширина области легирования увеличивается не менее чем на 1 мкм на сторону. Кроме того, пластины карбида кремния прозрачны для излучения, используемого в фотолитографии, и в районе границы щели происходит дополнительная засветка фоторезиста за счет полного внутреннего отражения от обратной стороны карбид кремниевой пластины, что может неконтролируемо изменить локально размеры маски фоторезиста и ухудшает воспроизводимость конфигурации ионно-легированных областей. При имплантации ионов обрабатываемый образец может разогреться, и органическая маска может деформироваться и существенно изменить свои размеры. Также, при использовании масок из слоев органических материалов нельзя проводить легирование примесью при нагреве пластины карбида кремния (от 500 до 900°С).
Указанные недостатки частично устранены в маске для ионного легирования полупроводниковых приборов на основе карбида кремния, состоящего из слоя поликристаллического кремния, сформированного на слое оксида кремния с вытравленными областями для легирования (см. Патент на полезную модель №: 140712; 20.05.2014 г.).
При применении такой маски поликристаллы ориентированы в направлении 110, а направление ориентации микрокристаллов перпендикулярно плоскости пластины карбида кремния, и направление 100 кремния имеет наибольшую скорость травления, то при формировании участков для ионного легирования, боковой подтрав маски минимален и воспроизводим, а граница маски практически перпендикулярна плоскости карбида кремния.
Наличие слоя из оксида кремния, примыкающего к карбиду кремния, позволяет использовать в процессе травления поликремниевой маски остановку процесса травления на этом слое в момент протравливания слоя поликремния. Это также уменьшает допуски и улучшает воспроизводимость размеров маски. Наличие слоя оксида кремния, примыкающего к карбиду кремния, исключает попадание ионов примеси при ионном легировании при высокой температуре.
Данная маска оптимально подходит для одной операции иного легирования, например, при изготовлении диодов Шоттки на основе карбида кремния, но при формировании конфигураций из нескольких ионно-легированных областей возможно рассогласование данных областей.
Изменение размера длины канала МДП - транзистора на 5-10% может привести с 100% браку кристаллов на пластине.
Техническим результатом полезной модели является расширение области применения маски за счет возможности формирования точно совмещенных слоев.
Указанный технический результат достигается тем, что маска для ионного легирования полупроводниковых приборов на основе карбида кремния, состоит из слоя поликристаллического кремния, сформированного на слое оксида кремния с вытравленными областями для легирования, после чего маска дополнительно покрывается слоем оксида кремния толщиной равной расстоянию от края первой ионно-легированной области до края второй ионно-легированной области.
В приведенной конструкции после формирования дополнительного слоя оксида кремния проводят первую операцию ионного легирования, после чего удаляется часть маски в областях, куда необходимо провести следующую операцию ионного легирования и полностью удаляется дополнительный слой оксида. Таким образом, вторая имплантированная область, удалена от первой на расстояние равное толщине дополнительного слоя оксида кремния. Тем самым можно получать фиксированное значение длины канала МДП-транзистора, равное толщине дополнительного слоя оксида кремния, без рассовмещения.
Сущность предлагаемой полезной модели поясняется фигурами. На фиг. 1 приведена часть маски, где сформирован слой поликристаллического кремния на слое оксида кремния. На фиг. 2 приведены вытравленные области для легирования со сформированным дополнительным слоем оксида кремния и проведена операция ионного легирования. На фиг. 3 приведен схематичный разрез части МДП-транзистора после удаления дополнительного слоя оксида кремния и второй операции ионного легирования. Позициями на фиг. 1, 2 и 3 обозначены:
+
1 - подложка n - типа;
2 - слой оксида кремния;
3 - слой поликристаллического кремния;
4 - дополнительный слой оксида кремния;
5 - п+исток;
6 - р-область;
7 - канал МДП-транзистора.
Ниже описаны основные этапы изготовления предлагаемой маски на примере МДП-транзистора на основе карбида кремния.
+
15
-3
На подложку n - типа 1 карбида кремния с эпитаксиальным слоем (см. фиг. 1) толщиной 13 мкм и концентрацией n примеси 5*10 смпоследовательно наносят слой оксида кремния 2 толщиной 0,1 мкм методом термического окисления при температуре 1100°С в атмосфере сухого кислорода и слой поликристаллического кремния 3 толщиной 2,5 мкм методом пиролиза моносилана при пониженном давлении и температуре 650°С.
Затем последовательно вытравливают слой поликристаллического кремния 3 (см. фиг. 2), методом реактивного ионного травления до остановки слоя оксида кремния 2. Слой оксида кремния 2 вытравливают химически в растворе плавиковой кислоты. Далее методом термического окисления формируют дополнительный слой оксида кремния 4 толщиной равной длине канала 0,4 мкм. Далее проводят зачистку ионами аргона, и проводят ионную имплантацию азота получая n + области глубиной 0,25 мкм.
Затем стравливают дополнительный слой оксида кремния 4, центральную часть маски между сформированными n + областями (см. фиг. 3), и проводят имплантацию ионами алюминия, формируя р-область 6 глубиной 0,6 мкм. Активируют примеси высокотемпературным отжигом. Сформировавшийся канал МДП-транзистора 7 имеет длину равную 0,4 мкм. Таким образом, исключается рассовмещение и уход размеров длины канала.