一种基于碳化硅的漂移阶跃恢复二极管的制备方法及产品技术

本发明专利技术属于半导体功率器件制备技术领域，公开了一种基于碳化硅的漂移阶跃恢复二极管的制备方法及产品，包括以下步骤：以碳化硅作为N+衬底，在其上依次外延生长掺Ⅴ族元素的N基区、掺Ⅲ族元素的P基区以及掺Ⅲ族元素的重掺杂P+区；采用机械切割斜角配合离子注入的方法或者采用等离子体刻蚀多级结终端扩展(JTE)形成终端保护；在终端上淀积钝化层形成保护层；在所形成的器件两端分别加工形成阴极电极和阳极电极；由此制得基于碳化硅的漂移阶跃恢复二极管；本发明专利技术还公开了采用该方法制得的两种基于碳化硅的漂移阶跃恢复二极管；实测结果通过本发明专利技术提供的制备方法所制得的漂移阶跃恢复二极管，其阻断电压和工作温度范围有明显提升。

【技术实现步骤摘要】
一种基于碳化硅的漂移阶跃恢复二极管的制备方法及产品
本专利技术属于半导体功率器件
，更具体地，涉及一种基于碳化硅的漂移阶跃恢复二极管的制备方法及产品。
技术介绍
漂移阶跃恢复二极管(DSRD)被认为是工业应用中脉冲功率发生器的理想固态开关，最早是由俄罗斯约飞物理技术研究所的科学家在20世纪80年代中期专利技术。使具有一定持续时间的正向电流和反向电流通过p+-p-n-n+结构的DSRD，只要电流幅值和持续时间适合，DSRD能够迅速地截断反向电流(速度达到纳秒级)。为了最大化该效应，通过二极管的正向电流应具有低幅度和长持续时间，而反向电流应该是高幅度和短持续时间。理想状态是当反向电流幅值达到最大值时DSRD关断。器件进一步的提升受到Si材料自身性质的局限，而SiC材料凭借其优良的性能特点成为近年来半导体器件研究中最为热门的材料之一。SiC半导体材料具有宽禁带、高击穿场强、高热导率、高饱和电子迁移率等特点，这使SiC器件能承受更高的温度、更大的电压和功率，并且SiC器件可以更好地工作在高频、高速条件下。为了防止电场边缘集中效应，功率半导体器件需要制备终端。终端技术分为平面终端和台面终端。常见的平面终端有场板(FP)、场限环(FLR)、结终端扩展(JTE)等，台面终端有斜角(Bevel)、深槽(Deep-Dunch)等。DSRD有着终端难以设计，参数较多工艺复杂难控制的问题。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种基于碳化硅的漂移阶跃恢复二极管的制备方法及产品，其目的在于采用碳化硅制备高耐压、高稳定度的器件，解决漂移阶跃恢复二极管终端难以设计、制备工艺复杂难控制的问题。为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了一种基于碳化硅的漂移阶跃恢复二极管的制备方法，包括：(1)以碳化硅为N+衬底，在N+衬底上外延生长掺Ⅴ族元素的N基区；并在N基区上外延生长掺Ⅲ族元素的P基区，在P基区上外延生长掺Ⅲ族元素的重掺杂P+区，获得第一中间件；(2)对上述第一中间件进行终端结构加工，获得第二中间件；(3)在第二中间件的台面上形成台面保护层，获得第三中间件；(4)在上述第三中间件的N+衬底与重掺杂P+区分别镀上金属，获得第四中间件；将第四中间件置于气氛环境下进行退火处理，获得漂移阶跃恢复二极管；其中，N+衬底所在端形成欧姆接触电极阴极端，重掺杂P+区所在端形成欧姆接触电极阳极端。优选地，上述基于碳化硅的漂移阶跃恢复二极管的制备方法，步骤(1)中，外延生长的环境温度控制在1500℃～1650℃，N基区掺Ⅴ族元素的掺杂浓度为6*1014～1*1016/cm3，厚度为10μm～100μm；P基区掺Ⅲ族元素的掺杂浓度为3*1016～2*1017/cm3，厚度为2μm～30μm；掺Ⅲ族元素的重掺杂P+区的掺杂浓度为1*1019～5*1019/cm3，厚度为1μm～5μm。进一步优选地，上述基于碳化硅的漂移阶跃恢复二极管的制备方法，步骤(2)包括如下子步骤：(2.1)在第一中间件的重掺杂P+区上淀积一层二氧化硅；(2.2)采用机械切割成斜角的方法进行台面加工，使器件倾斜面与重掺杂P+区阳极端面呈40°～60°的斜角；(2.3)利用反应离子刻蚀工艺执行表面处理，表面处理中采用的感应耦合等离子体刻蚀功率为400W～500W，偏置射频功率为120W～130W，刻蚀气体为CF4、O2混合气体，气压为0.25Pa，温度T为0℃，刻蚀时间300s～900s；(2.4)进行铝离子的注入，离子注入的深度控制在0.3～0.5μm，剂量为8*1012～2.5*1013/cm2；(2.5)在氩气的氛围环境、在1400℃～1600℃温度下退火5min～60min，得到结合了斜角和结终端扩展的结构的第二中间件。进一步优选地，上述基于碳化硅的漂移阶跃恢复二极管的制备方法，步骤(2)包括如下子步骤：(2.1)在真空环境下，采用磁控溅射法，以300W～450W的功率在第一中间件的重掺杂P+区上溅射一层100nm～200nm的金属镍作为掩膜；(2.2)利用等离子体刻蚀工艺执行碳化硅刻蚀，碳化硅刻蚀中采用的感应耦合等离子体刻蚀功率为700W～800W，射频偏压为-2～0V，刻蚀气体为CF4、O2混合气体，气压为0.4～0.5Pa，温度T为0℃；(2.3)采用光刻工艺露出重掺杂P+区上比当前台面略小的区域，采用磁控溅射法，以300W～450W的功率在重掺杂P+区上溅射一层100nm～200nm的金属镍作为掩膜，利用等离子体刻蚀工艺执行碳化硅刻蚀形成一级台阶，刻蚀功率为700W～800W，射频偏压为-2～0V，刻蚀气体为CF4、O2混合气体，气压为0.4～0.5Pa、温度T为0℃；(2.4)重复步骤(2.3)刻蚀出多级台阶，获得多级刻蚀型结终端扩展结构的第二中间件。进一步优选地，上述基于碳化硅的漂移阶跃恢复二极管的制备方法，步骤(4)包括如下子步骤：(4.1)在真空环境下采用磁控溅射法，以300W～450W的功率在第三中间件的N+衬底溅射一层100nm～200nm的金属镍；(4.2)在真空环境下采用磁控溅射法，以200W～400W的功率，在重掺杂P+区依次溅射一层80-100nm的镍金属、一层25nm～40nm的钛金属、一层60nm～100nm的铝金属和一层15nm～200nm的银金属，得到第四中间件；采用镍制作阴极端欧姆接触电极，其比接触电阻小于10-6Ω·cm2；采用镍/钛/铝/银作阳极端欧姆接触电极，其比接触电阻小于10-6Ω·cm2；(4.3)将第四中间件置于氮气的氛围环境，在900℃～1050℃温度下退火2min～5min，形成欧姆接触电极端；采用镍制作阴极端欧姆接触电极，其比接触电阻小于10-6Ω·cm2；采用镍/钛/铝/银作阳极端欧姆接触电极，其比接触电阻小于10-6Ω·cm2。进一步优选地，上述基于碳化硅的漂移阶跃恢复二极管的制备方法，在步骤(4.3)形成欧姆接触电极端之后，在两个欧姆接触电极均溅射一层顶层金属，顶层金属的材料优选金属铝。通过上述方法所制备的基于碳化硅的漂移阶跃恢复二极管，包括阴极端、阳极端，沿着所述阴极端到所述阳极端的纵向方向依次分布有由碳化硅构成的N+衬底、在所述N+衬底上外延生长的掺Ⅴ族元素的N基区、在所述N基区上外延生长的掺Ⅲ族元素的P基区，以及在所述P基区上外延生长的掺Ⅲ族元素的重掺杂P+区，所述半导体断路开关具有400～600负斜角的台面结构或多级结终端扩展结构；其中，N+衬底的厚度为300μm～350μm；N基区的掺杂浓度为6*1014～1*1016/cm3，厚度为10μm～100μm；所述P基区的掺杂浓度为3*1016～2*1017/cm3，厚度为2μm～30μm；所述重掺杂P+区的掺杂浓度为1*1019～5*1019/cm3，厚度为1μm～5μm。总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：(1)本专利技术提供的基于碳化硅的漂移阶跃恢复二极管的制备方法，具备宽禁带和高热导率，与常规DSRD相比能够在更高的温度下工作，器件可靠性得到提升；所制得的漂移阶跃恢复二极管具有耐高温、高功率和高频率的特性，将其进行应用时，散热系统可以更简便，减小了系统体积和复杂性。(2)本专利技术提本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于碳化硅的漂移阶跃恢复二极管的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)以碳化硅为N+衬底，在N+衬底上外延生长掺Ⅴ族元素的N基区；并在N基区上外延生长掺Ⅲ族元素的P基区，在P基区上外延生长掺Ⅲ族元素的重掺杂P+区，获得第一中间件；(2)对所述第一中间件进行终端结构加工，获得第二中间件；(3)在所述二中间件的台面上形成台面保护层，获得第三中间件；(4)在所述第三中间件的N+衬底与重掺杂P+区分别镀上金属，获得第四中间件；将第四中间件置于气氛环境下进行退火处理，获得漂移阶跃恢复二极管；其中，N+衬底所在端形成欧姆接触电极阴极端，重掺杂P+区所在端形成欧姆接触电极阳极端。

【技术特征摘要】
1.一种基于碳化硅的漂移阶跃恢复二极管的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)以碳化硅为N+衬底，在N+衬底上外延生长掺Ⅴ族元素的N基区；并在N基区上外延生长掺Ⅲ族元素的P基区，在P基区上外延生长掺Ⅲ族元素的重掺杂P+区，获得第一中间件；(2)对所述第一中间件进行终端结构加工，获得第二中间件；(3)在所述二中间件的台面上形成台面保护层，获得第三中间件；(4)在所述第三中间件的N+衬底与重掺杂P+区分别镀上金属，获得第四中间件；将第四中间件置于气氛环境下进行退火处理，获得漂移阶跃恢复二极管；其中，N+衬底所在端形成欧姆接触电极阴极端，重掺杂P+区所在端形成欧姆接触电极阳极端。2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，外延生长的环境温度控制在1500℃～1650℃，N基区掺Ⅴ族元素的掺杂浓度为6*1014～1*1016/cm3，厚度为10μm～100μm；P基区掺Ⅲ族元素的掺杂浓度为3*1016～2*1017/cm3，厚度为2μm～30μm。3.如权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，掺Ⅲ族元素的重掺杂P+区的掺杂浓度为1*1019～5*1019/cm3，厚度为1μm～5μm。4.如权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)包括如下子步骤：(2.1)在所述第一中间件的重掺杂P+区上淀积一层二氧化硅；(2.2)采用机械切割成斜角的方法进行台面加工，使器件倾斜面与重掺杂P+区阳极端面呈400～600的斜角；(2.3)利用反应离子刻蚀工艺执行表面处理，表面处理中采用的感应耦合等离子体刻蚀功率为400W～500W，偏置射频功率为120W～130W，刻蚀气体为CF4、O2混合气体，气压为0.25Pa，温度T为0℃，刻蚀时间300s～900s；(2.4)进行铝离子的注入，离子注入的深度控制在0.3～0.5μm，剂量为8*1012～2.5*1013/cm2；(2.5)在氩气的氛围环境、在1400℃～1600℃温度下退火5min～60min，得到结合了斜角和结终端扩展结构的第二中间件。5.如权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)包括如下子步骤：(2.1)在真空环境下，采用磁控溅射法，以300W～450W的功率...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁琳，王子越，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42