一种制备碳化硅超结二极管的方法技术

本发明专利技术提供了一种制备碳化硅超结二极管的方法，所述方法包括如下步骤：1)清洗碳化硅材料2)在外延薄膜12上表面制备刻蚀碳化硅的掩膜层13；3)在掩膜层13上进行图形化制备出图形化的掩膜14，后进行碳化硅沟槽刻蚀；4)进行二次外延生长，生长碳化硅薄膜16；5)碳化硅刻蚀或化学机械抛光，后进行其他工艺加工，得到碳化硅超结二极管26。本发明专利技术制备方法通过二次外延技术在碳化硅二极管的漂移区形成超结结构，利用电荷平衡原理，使得器件耐压能力只与漂移区厚度有关，与漂移区掺杂浓度无关，大幅提高了漂移区掺杂浓度，引入空穴、电子两种载流子参与导电，大幅减小了碳化硅二极管的通态电阻，降低了器件通态损耗。

A method for fabricating silicon carbide superjunction diodes

【技术实现步骤摘要】
一种制备碳化硅超结二极管的方法
本专利技术提供了一种半导体器件的制备方法，具体涉及一种利用二次外延技术制备碳化硅超结二极管的方法。
技术介绍
碳化硅材料具有带隙宽、击穿场强高、热导率高、饱和电子迁移速率高、物理化学性能稳定等特性，可适用于高温，高频，大功率和极端环境。碳化硅二极管是早已充分实现商品化的碳化硅器件。碳化硅二极管目前有单极型器件和双极型器件两大类，单极型器件为工作状态下只有一种载流子导电的器件，例如：肖特基二极管、结势垒肖特基二极管等；双极型器件为在工作状态下有两种载流子导电的器件，例如：PiN二极管。单极型器件开启电压小，不足之处在于制备高压器件时，漂移层厚度随之增加，导致通态电阻增大，器件通态损耗较大；双极型器件具有少子的电导调制效应可以降低通态电阻，但是由于碳化硅的PN结自建电势差较大，开启电压高达3V，同样导致了较大的通态损耗。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供了一种制备碳化硅超结二极管的方法，该方法通过二次外延技术在碳化硅二极管的漂移区形成超结结构，利用电荷平衡原理，使得器件耐压能力只与漂移区厚度有关，与漂移区掺杂浓度无关，在器件制备中可以大幅提高漂移区掺杂浓度，并引入空穴、电子两种载流子参与导电，大幅减小碳化硅二极管，尤其是碳化硅肖特基二极管等单极性器件的通态电阻，降低器件通态损耗。为了实现上述目的，本专利技术采取以下技术方案：一种制备碳化硅超结二极管的方法，所述方法包括如下步骤：1)清洗碳化硅材料2)在外延薄膜12上表面制备刻蚀碳化硅的掩膜层13；3)在掩膜层13上进行图形化制备出图形化的掩膜14后，进行碳化硅沟槽刻蚀；4)进行二次外延生长，生长碳化硅薄膜16；5)碳化硅刻蚀或化学机械抛后光，进行其他工艺加工，得到碳化硅超结二极管26。优选的，所述碳化硅材料包括n型或p型的4H-SiC或6H-SiC，所述外延薄膜12厚0.1μm-500μm，掺杂浓度1×1013～1×1021cm-3。优选的，所述清洗包括如下步骤：A、将碳化硅材料放置于清洗、吹干后的支架上，用250℃的硫酸和双氧水混合溶液清洗15min后，热水冲洗；B、将支架放入氨水、双氧水和去离子水的混合溶液中15min后，热水冲洗；C、将支架放入盐酸、双氧水和去离子水的混合溶液中15min后，热水冲洗；D、用10％的氢氟酸处理5～10min后，用去离子水冲洗20min。优选的，所述硫酸和双氧水混合溶液中硫酸和双氧水的比为3:1；所述氨水、双氧水和去离子水的比为1:1:5～1:1:7；所述盐酸、双氧水和去离子水的比为1：1：5。优选的，所述掩膜层13包括硅、硅氧化合物、硅氮化合物、金属单质单层或多层的复合薄膜，每层薄膜的厚度为0.001-200μm。优选的，所述硅氧化合物包括BET比表面积(㎡/g)为110～280、拍实密度(g/l)为110～290、干燥损失(％)为0.01～2、烧失量(％)为0.1～4.0、pH3～7、碳含量(％)0.5～4的二氧化硅。优选的，所述二氧化硅包括对热解法二氧化硅和-【O-Si(R2)】n-类型的环状聚硅养烷反应所得到的硅烷化二氧化硅进行结构改性所获得的二氧化硅；所述R是C1～C6的烷基基团；所述n为3～9；所述结构改性包括在球磨机内研磨。优选的，所述图形化的图形包括从叉指结构、平行长条状、圆环形和方形台面中选出的一种或几种图形，所述图形尺寸为0.01μm-50cm。优选的，所述碳化硅沟槽刻蚀的刻蚀深度为0.001μm-50cm。优选的，所述制备方法包括二次外延生长；所述二次外延生长包括进行p型或n型碳化硅外延薄膜16生长，填充沟槽；所述p型或n型碳化硅外延薄膜16的厚度为0.001μm-50cm，掺杂浓度为1×1013-1×1021cm-3。优选的，步骤5)中，所述刻蚀或化学机械抛光深度为0.001μm-50cm，应不大于二次外延生长的p型或n型碳化硅外延薄膜16的厚度。优选的，所述其他工艺包括光刻、刻蚀、薄膜沉积、欧姆接触、离子注入和高温退火多种微电子器件加工工艺。优选的，所述碳化硅超结二极管包括碳化硅肖特基二极管(SBD)、碳化硅结势垒肖特基二极管(JBS)、碳化硅混合PN结肖特基二极管(MPS)和碳化硅PiN二极管。与最接近的现有技术比，本专利技术提供的技术方案具有以下优异效果：本专利技术提供的制备方法通过二次外延技术在碳化硅二极管的漂移区形成超结结构，充分利用了电荷平衡原理，使器件耐压能力只与漂移区厚度有关，与漂移区掺杂浓度无关，大幅提高了漂移区掺杂浓度，并引入空穴、电子两种载流子参与导电，大幅减小了碳化硅二极管，尤其是碳化硅肖特基二极管等单极性器件的通态电阻，降低了器件通态损耗。附图说明：图1：本专利技术提供的方法的流程图；图2：本专利技术提供的碳化硅材料的横截面示意图；图3：本专利技术提供的碳化硅材料表面淀积刻蚀碳化硅的掩膜层的横截面示意图；图4：本专利技术提供的图形化刻蚀碳化硅的掩膜层的横截面示意图；图5：本专利技术提供的进行碳化硅刻蚀后形成样品23的横截面示意图；图6：本专利技术提供的通过二次外延技术生长碳化硅薄膜16，形成样品24的横截面示意图；图7：本专利技术提供的对样品24进行二次碳化硅刻蚀或化学机械抛光形成超结结构15，获得样品25的横截面示意图；图8：本专利技术提供的继续进行其他工艺加工，形成碳化硅超结二极管26的横截面示意图。其中：10碳化硅材料；11碳化硅衬底；12碳化硅外延薄膜；13刻蚀碳化硅的掩膜层；21淀积刻蚀碳化硅的掩膜层后所得样品；14图形化的掩膜层；22图形化掩膜层后所得样品；23进行碳化硅刻蚀后所得样品；16通过二次外延技术生长的碳化硅薄膜；24沟槽被填充后所得样品24；15对样品24进行碳化硅刻蚀或化学机械抛光后，在漂移区获得的超结结构；25形成超结结构后所得样品；26继续进行其他工艺加工所得碳化硅超结二极管。具体实施方式一种利用二次外延技术制备碳化硅超结二极管的方法，所述方法包括如下步骤：1)清洗碳化硅材料10，该碳化硅材料10包括衬底11和外延薄膜12，所述碳化硅材料10中的衬底11为n型4H-SiC，厚度约为380μm，n型掺杂杂质为氮(N)，掺杂浓度约为5×1018cm-3；所述碳化硅材料10中的外延薄膜12为n型4H-SiC，厚度约为12μm，n型掺杂杂质为氮(N)，掺杂浓度约为8×1015cm-3；采用RCA标准清洗法对碳化硅材料10进行清洗，具体清洗步骤如下：A、配制氢氟酸溶液(HF:H2O＝1:10)；B、样品支架清洗、吹干待用；C、取碳化硅样品10放于支架上，按照顺序放好；D、配3#液(硫酸：H2O2＝3:1)，同时另一容器煮水；E、用3#液煮洗，15min，加热至250℃，拎起支架稍凉片刻；F、将支架放到热水中，冲水；G、配制1#液(氨水：H2O2：H2O＝1:1:5-1:1:7)，前两者倒入热水中，加热75～85℃，时间10～20min(利用络合作用去除重金属杂质)，取出样品支架，放入1#液，15min，取出放到热水中，冲水；H、配制2#液(HCl：H2O2：H2O＝1:1:5)前两者倒入热水中；I、取出硅片，放入2#液，15min，取出放热水中，冲水；J、10％的氢氟酸时间5～10s，去除碳化硅样品10表面氧化层；K、去离子水冲洗时间20min。2)于外延薄本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种制备碳化硅超结二极管的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：1)清洗碳化硅材料2)在外延薄膜12上表面制备刻蚀碳化硅的掩膜层13；3)在掩膜层13上进行图形化制备出图形化的掩膜14后，进行碳化硅沟槽刻蚀；4)进行二次外延生长，生长碳化硅薄膜16；5)碳化硅刻蚀或化学机械抛后光，进行其他工艺加工，得到碳化硅超结二极管26。

【技术特征摘要】
1.一种制备碳化硅超结二极管的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：1)清洗碳化硅材料2)在外延薄膜12上表面制备刻蚀碳化硅的掩膜层13；3)在掩膜层13上进行图形化制备出图形化的掩膜14后，进行碳化硅沟槽刻蚀；4)进行二次外延生长，生长碳化硅薄膜16；5)碳化硅刻蚀或化学机械抛后光，进行其他工艺加工，得到碳化硅超结二极管26。2.根据权利要求1所述的一种制备碳化硅超结二极管的方法，其特征在于，所述碳化硅材料包括n型或p型的4H-SiC或6H-SiC，所述外延薄膜12厚0.1μm-500μm，掺杂浓度1×1013～1×1021cm-3。3.根据权利要求1所述的一种制备碳化硅超结二极管的方法，其特征在于，所述清洗包括如下步骤：A、将碳化硅材料放置于清洗、吹干后的支架上，用250℃的硫酸和双氧水混合溶液清洗15min后，热水冲洗；B、将支架放入氨水、双氧水和去离子水的混合溶液中15min后，热水冲洗；C、将支架放入盐酸、双氧水和去离子水的混合溶液中15min后，热水冲洗；D、用10％的氢氟酸处理5～10min后，用去离子水冲洗20min。4.根据权利要求3所述的一种制备碳化硅超结二极管的方法，其特征在于，所述硫酸和双氧水混合溶液中硫酸和双氧水的比为3:1；所述氨水、双氧水和去离子水的比为1:1:5～1:1:7；所述盐酸、双氧水和去离子水的比为1：1：5。5.根据权利要求1所述的一种制备碳化硅超结二极管的方法，其特征在于，所述掩膜层13包括...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑柳，杨霏，张文婷，吴昊，桑玲，李嘉琳，李玲，李永平，刘瑞，王嘉铭，田亮，查祎英，钮应喜，
申请(专利权)人：全球能源互联网研究院，国家电网公司，
类型：发明
国别省市：北京,11