[发明专利]高压半导体器件横向非均匀掺杂方法

说明书

本发明公开了一种高压半导体器件横向非均匀掺杂方法，首先，设计两块灰度光刻版；然后，在每块光刻版灰度区域，设置尺寸小于光刻分辨率的均匀栅格，并对栅格铬层开孔制得灰度图像光刻版；接着，以这两块灰度光刻版作为掩膜对光刻胶先后两次曝光，显影后产生横向厚度非均匀的光刻胶；最后透过对厚度非均匀光刻胶掩膜杂质离子注入，即可实现横向非均匀掺杂。采用上述方法，无需对注入能量、注入剂量以及高温推进扩散时间等诸多工艺参数进行调整，能够降低工艺难度和成本、缩短工艺时间；同时，双曝光增加了对非均匀掺杂范围与梯度的选择；本发明属于半导体集成电路制造技术领域，适用于采用非均匀灰度光刻版以实现表面耗尽区扩展的结终端制备。

技术领域

本发明属于半导体集成电路制造技术领域，尤其涉及一种半导体功率器件高耐压结终端制作方法，适用于采用非均匀灰度光刻版以实现表面耗尽区扩展的结终端的制备，具体地说是一种高压半导体器件横向非均匀掺杂方法。

背景技术

横向非均匀掺杂技术，即横向变掺杂技术，是实现半导体功率器件高压结终端结构的简单而有效的手段。采用横向变掺杂技术，可以使结耗尽区展宽，电场强度峰值下降，且使电场峰值从表面转移到体内。相比提高击穿电压的场板及场限环技术，横向变掺杂技术更容易实现且具有制备的芯片面积小的优点。

常规实现横向非均匀掺杂的方法，是制作开孔逐变的光刻版，在光刻后通过高能离子对不同宽度的光刻胶窗口注入后再进行高温推进扩散得到，最终使所需区域的掺杂浓度从左到右形成一个线性变化的掺杂浓度分布，如图1所示。上述工艺复杂，需要调节窗口、注入能量、注入剂量以及推进扩散的时间，工艺步骤多、成本高。

灰度光刻技术的原理，是通过透光率变化的光刻版的曝光显影；透光率高的区域，光强高，光刻胶曝光发生光化学反应的厚度大；透光率低的区域，光强弱，光刻胶曝光发生光化学反应的厚度小。如果采用正性光刻胶，在显影后透光率高的区域保留光刻胶厚度小，在显影后透光率低的区域保留光刻胶厚度大，负性光刻胶则反之，如图2所示。若以此厚度非均匀的光刻胶作为掩膜进行离子注入，将得到非均匀的横向杂质分布。

灰度光刻技术在微小尺度加工技术领域，如光电子以及微电子机械系统（MEMS）制造中，已经显示出巨大的应用前景。例如，在光集成电路中，可用于加工锥形波导、锯齿状光栅、微透镜等。

如果能够将灰度光刻技术应用到横向非均匀掺杂工艺中，将会使横向非均匀掺杂技术实现降本增效的效果。

发明内容

本发明的目的，是要提供一种高压半导体器件横向非均匀掺杂方法，该方法基于灰度光刻版设计，无需调节窗口、注入能量、注入剂量以及推进扩散时间等诸多工艺参数，无需经过高温推进扩散过程，使用较少的工艺步骤和成本就能实现快速横向非均匀掺杂；同时相对于一次曝光，采用二次曝光增加了对非均匀掺杂范围与梯度的选择。

本发明为实现上述目的，所采用的技术方案如下：

一种高压半导体器件横向非均匀掺杂方法，按照以下步骤顺序进行：

一、制作灰度光刻版

①制作第一灰度光刻版

在第一光刻版上对应于半导体器件横向非均匀掺杂的区域划分出均匀的面积均为S的n个栅格，然后在各个栅格中心对铬层进行开孔，制得第一灰度光刻版；

对于第一灰度光刻版上的第m栅格，铬层开孔的面积为S_m，其透光率a_1m=S_m/S；

②制作第二灰度光刻版

在第二光刻版上对应于半导体器件横向非均匀掺杂的区域划分出均匀的面积均为S的n个栅格，然后在各个栅格中心对铬层进行开孔，制得第二灰度光刻版；

对于第二灰度光刻版上的第m栅格，铬层开孔的面积为T_m，其透光率a_2m=T_m/S；

所述n≥1,m∈[1,n]；

二、两次曝光