离子注入在 SiC 器件制造工艺中占据着举足轻重的地位。借助离子注入技术，能够实现对 n 型区域与 p 型区域导电性的精准把控。接下来，本文将对离子注入工艺及其注意要点展开简要阐述。SiC 材料的杂质原子扩散系数极小，这使得传统的热扩散工艺难以用于制造含有施主和受主等掺杂原子的器件结构（如形成 pn 结）。因此，基于离子注入工艺的掺杂技术成为了 SiC 器件制造的关键手段。在 SiC 中进行离子注入时，对于 n 型区域，通常选用氮（N）或磷（P）作为施主元素，这两种元素易于实现低电阻化；而对于 p 型区域，一般采用铝（Al）作为受主元素。值得注意的是，用于 Al 离子注入的原料多为固体，若要稳定地实现高浓度的 Al 离子注入，就需要掌握大量专业技术知识。通过离子注入，SiC 无论是 n 型还是 p 型，都能够获得高浓度晶体，这为器件制作带来了显著优势。在向 SiC 注入离子时，所采用的加速电压一般在数百 kV 左右，相应的离子注入区域深度约为数百 nm，相对较浅。在 SiC 材料中，即便经历高温工序，注入后的掺杂元素浓度在深度方向上的分布基本维持不变。基于这些特性，我们可以通过精心设计离子注入工艺，来获取具备所需特性的器件结构。此外，在进行高浓度离子注入时，需要格外谨慎。当注入量过大时，SiC 晶体可能会遭到严重损坏，甚至无法维持原有的晶体结构，并且在后续工艺过程中，还可能因加速氧化或过度升华等问题而出现阻碍。以形成低电阻的 p 型接触区时所需的高浓度 Al 离子注入为例，通过提升晶圆温度进行离子注入，能够有效抑制因注入损伤导致的 SiC 晶体多结晶化和非结晶化现象。另外，有研究表明，在相对较低的温度下，也能对抑制高浓度离子注入对晶体造成的损伤起到一定效果。离子注入完成后，高能量的注入离子会在晶体中产生大量微小缺陷，并且注入的原子未能恰当地占据晶格位置，这使得注入区域的电阻偏高。对于经过离子注入的 SiC 晶圆，通常需要在惰性气体气氛中进行高温（一般为 1700℃以上）激活退火处理，以此来形成 p 型和 n 型的低电阻区域。在 SiC 器件制造流程中，离子注入和激活退火处于晶圆制造的早期阶段，这是因为激活退火是整个过程中所需温度最高的环节。SiC 的激活退火需在高温环境下进行，若不采取有效措施，其表面平整度将会下降。由于器件结构是在 SiC 外延晶圆表面的浅层区域形成，所以必须在不降低表面平整度的前提下完成激活退火。在激活退火过程中，一般会使用碳形成的薄膜作为表面保护膜，以维持 SiC 表面的平坦。关于碳保护膜的形成方法，已有多种工艺被报道，例如将树脂涂覆在表面并高温硬化，或是采用溅射法沉积碳膜等。三菱电机更是开发出一种独特的 CVD 方法，能够确保均匀性和高纯度，从而形成适合高温退火的碳保护膜。作为参考，以下介绍几种离子注入与激活退火后 SiC 表面的形态。图 1 展示的是在不同温度下进行高浓度 Al 注入，激活退火后 SiC 表面的形状。图 1 和图 2 分别对应将 SiC 晶圆温度设定为 150℃、200℃进行 Al 注入的结果。在 150℃时，表面呈现多晶化；而在 200℃时，SiC 晶体得以保持，并形成阶梯状。这表明，在 200℃进行注入时，注入引发的结晶崩塌在离子注入过程中得到了一定程度的恢复。
