專利名稱：偏移場板結(jié)構(gòu)的4H-SiC PiN/肖特基二極管及其制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于微電子器件技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種二極管結(jié)構(gòu)及其制作方 法，可用于大功率整流器及PFC電路。
背景技術(shù)：
SiC材料作為第三代半導(dǎo)體材料，相對于以Si為代表的第一代半導(dǎo)體材料和 以GaAs為代表的第二代半導(dǎo)體材料具有相當(dāng)多的優(yōu)勢，由于其具有較大的禁帶 寬度，可在更高溫度下工作，同時(shí)有助于大功率器件的制備，大的載流子飽和 漂移速度和遷移率，為器件的響應(yīng)速度提供了良好的基礎(chǔ)。目前，SiC器件的研 制已經(jīng)成為半導(dǎo)體器件電路領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。
在功率系統(tǒng)中， 一個(gè)好的整流器需要小開啟電壓、大導(dǎo)通電流、低漏電流， 高擊穿電壓以及高開關(guān)速度。二極管和肖特基二極管SBD是最常用的兩種功率 整流器。單極型的肖特基二極管SBD比雙極型的PiN二極管有更快的開關(guān)速度， 然而，肖特基二極管的反向漏電流大、擊穿電壓低，并不適合高壓應(yīng)用，所以 PiN二極管是最早應(yīng)用于高壓系統(tǒng)的合理選擇。正向?qū)〞r(shí)存儲在漂移區(qū)的大量 電荷引起的長反向恢復(fù)時(shí)間是限制PiN速度的主要因素，雖然可以通過減少漂移 區(qū)的少子壽命來提高PiN的速度，但這會造成正向壓降和反向漏電流的增加。
如果有一種器件能夠同時(shí)具備PiN和SBD的優(yōu)點(diǎn)，即具有SBD的小開啟電壓、 大導(dǎo)通電流、快開關(guān)速度，又具有PiN的低漏電流、高擊穿電壓，這將是最好的 選擇。為此，學(xué)者Wiliamovski和Baliga為了提高肖特基二極管的反向阻斷特性 而首先使用了 JBS(Junction Barrier Schottky)的概念；Baliga為了改善高壓硅整流 器的正向和反向特性而提出了MPS(MergedPiN/Schotky)結(jié)構(gòu)，將PN結(jié)集成在肖 特基結(jié)構(gòu)中，當(dāng)MPS反偏時(shí)，PN結(jié)形成的耗盡區(qū)將會向溝道區(qū)擴(kuò)散，在一定反 偏電壓下，耗盡區(qū)就會連通，從而在溝道區(qū)形成一個(gè)勢壘使耗盡層隨著反向偏 壓的增加向N^寸底方向擴(kuò)展。這個(gè)耗盡區(qū)將肖特基界面屏蔽于高場之外，避免 了肖特基勢壘降低效應(yīng)，使反向漏電流大大減小。MPS的正向特性類似SBD， 只是電流密度由于P型區(qū)的原因而略小，而反向特性則更像PiN二極管。另外，采用MPS結(jié)構(gòu)可靈活地選擇勢壘低的金屬作為肖特基接觸，不用擔(dān)心反向漏電 流會增加。
理想的器件擊穿電壓是指PN結(jié)為平行平面結(jié)的情況，由于沒有考慮結(jié)終端 效應(yīng)的影響，這時(shí)器件的擊穿電壓僅由摻雜濃度和襯底厚度等器件參數(shù)決定。 但是，由于實(shí)際器件的情況，以及生產(chǎn)工藝流程中某些因素的影響，使得實(shí)際 器件的擊穿電壓要低于理想平行平面結(jié)的擊穿電壓。對于實(shí)際的器件，為達(dá)到 理想的設(shè)計(jì)必須考慮結(jié)終端效應(yīng)，如果結(jié)終端設(shè)計(jì)的不好，器件的擊穿電壓可 能僅為理想情況的10~20% 。
隨著對結(jié)終端的大量深入的研究產(chǎn)生了許許多多新穎的結(jié)終端的設(shè)計(jì)方 法。對于早期的功率整流器和晶閘管，由于芯片面積比較大，所以往往通過斜 角法或者化學(xué)刻蝕把它們做成臺面結(jié)的形狀，減小表面電場強(qiáng)度，從而使擊穿 發(fā)生于體內(nèi)，但是采用以上所述的邊界終端具有工藝難度大，制作復(fù)雜的缺點(diǎn)。 隨著平面工藝的出現(xiàn)，平面結(jié)終端技術(shù)因?yàn)楣に嚭唵?，易于與平面工藝兼容等 原因得到了越來越廣泛的應(yīng)用，其中主要包括結(jié)終端擴(kuò)展、場限環(huán)技術(shù)和場 板技術(shù)。場限環(huán)技術(shù)和場板技術(shù)是使用最為廣泛的終端技術(shù)，但是場限環(huán)終端 對于界面電荷十分敏感，而場板技術(shù)則很難達(dá)到很高的反向擊穿電壓。偏移場 板作為一種場限環(huán)加場板的復(fù)合結(jié)構(gòu)，能夠避免場限環(huán)終端對界面電荷非常敏 感的缺點(diǎn)，并能夠達(dá)到較高的反向擊穿電壓，但這種結(jié)構(gòu)在SiC MPS器件上的 應(yīng)用至今尚無實(shí)例。
本發(fā)明針對這一情況，提出了一種偏移場板結(jié)構(gòu)的4H-SiC PiN/肖特基二極 管的結(jié)構(gòu)及其制作方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對非平面工藝制作的邊界終端制作難度大的缺點(diǎn)，提出 了一個(gè)偏移場板結(jié)構(gòu)的4H-SiC PiN/肖特基二極管及其制作方法，以避免界面電 荷對場限環(huán)終端的影響，提高反向擊穿電壓。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的偏移場板結(jié)構(gòu)的4H-SiC PiN/肖特基二極 管，包括N"4H-SiC襯底和同型N—外延層，4H-SiC襯底背面設(shè)有N型歐姆接 觸，其中
N'外延層上設(shè)有n個(gè)同心環(huán)形P+區(qū)域，n^2,這些同心環(huán)形P+區(qū)域按照直徑的大小分為外部同心圓環(huán)和內(nèi)部同心圓環(huán)；
所述同心環(huán)形P+區(qū)域的各內(nèi)部同心圓環(huán)的上方設(shè)有P型歐姆接觸，各內(nèi)部 同心圓環(huán)間隔的區(qū)域上方設(shè)有肖特基接觸；
所述同心環(huán)形P+區(qū)域的各外部同心圓環(huán)的上方設(shè)有P型歐姆接觸，各外部同心 圓環(huán)間隔的區(qū)域上方設(shè)有Si02鈍化層，該Si02鈍化層上方設(shè)有場板。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的偏移場板結(jié)構(gòu)的4H-SiCPiN/肖特基二極管 制作方法，包括如下步驟
(1) 對4H-SiC襯底進(jìn)行預(yù)處理，并在預(yù)處理后的4H-SiC襯底正面生長 N—外延層；
(2) 在N-型外延層上采用Ni/Au金屬層作為阻擋層，進(jìn)行2~5次能量為 30keV 550keV的Al離子注入，并在1500°C~1700°C的氬氣環(huán)境中進(jìn)行離子激 活退火10 20分鐘，形成11 24個(gè)同心環(huán)形P+區(qū)域，其中內(nèi)部的10~20個(gè)同心 環(huán)形P+區(qū)域?yàn)閮?nèi)部同心圓環(huán)，外部的1 4個(gè)同心環(huán)形P+區(qū)域?yàn)橥獠客膱A環(huán)；
(3) 在預(yù)處理后的4H-SiC襯底背面直接濺射Ti/Ni/Pt金屬，并通過退火 形成N型歐姆接觸；
(4) 在襯底正面通過LPCVD淀積Si02鈍化層，通過涂膠光刻開窗，刻蝕 掉內(nèi)部同心圓環(huán)以及圓環(huán)間隔區(qū)域上方所有的Si02鈍化層，同時(shí)刻蝕掉外部同 心圓環(huán)上方所有的Si02鈍化層；
(5)在形成Si02鈍化層的襯底表面通過涂膠光刻形成圖形區(qū)域，再通過濺射 Ti/Ni/Al金屬直接制作P型歐姆接觸和肖特基接觸，最后通過剝離形成場板結(jié) 構(gòu)。
本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)
1) 本發(fā)明由于采用了偏移場板結(jié)構(gòu)的邊界終端，可以通過平面工藝完成整 個(gè)器件的制作；
2) 本發(fā)明由于在制作過程中取消了附加的工藝過程,減小了工藝的復(fù)雜度， 并有效減少了由于多步工藝而引起的誤差以及引入其他影響因素的可能性；
3) 本發(fā)明由于采用了偏移場板結(jié)構(gòu)的邊界終端，能夠避免界面電荷對場限 環(huán)終端的影響，從而改善器件的性能。
4) 本發(fā)明由于采用了偏移場板結(jié)構(gòu)的邊界終端，能夠降低對于鈍化層質(zhì)量
6的要求，從而減小鈍化層在制作時(shí)候的難度。


圖l是本發(fā)明器件結(jié)構(gòu)剖面圖； 圖2是本發(fā)明制作方法流程圖3本發(fā)明的器件在不同Si02鈍化層厚度下的反向I-V特性曲線圖； 圖4本發(fā)明的器件在不同偏移場板個(gè)數(shù)下的反向I-V特性曲線圖； 圖5本發(fā)明的器件在不同場限環(huán)間距下的反向I-V特性曲線圖。 具體實(shí)施方法
參照圖1，本發(fā)明的器件包括^4H-SiC襯底，該襯底厚度為380士5nm， 在該1ST 4H-SiC襯底正面設(shè)有厚度為10|im的同型N—外延層；該N—外延層上設(shè) 有11 24個(gè)同心環(huán)形P+區(qū)域，這些同心環(huán)形P+區(qū)域按照直徑的大小分為外部同 心圓環(huán)和內(nèi)部同心圓環(huán)，其中內(nèi)部的10 20個(gè)同心圓環(huán)環(huán)寬相同，均為 2.5pm~4|im，各內(nèi)部同心圓環(huán)間間距相同，均為2.5(im 4^im，外部的1 4個(gè)同 心圓環(huán)環(huán)寬相同，均為5pm l(^m，各外部同心圓環(huán)間間距相同，均為 6nm 10(im;在各內(nèi)部同心圓環(huán)的上方設(shè)有P型歐姆接觸，各內(nèi)部同心圓環(huán)間 隔的區(qū)域上方設(shè)有肖特基接觸，且該P(yáng)型歐姆接觸與肖特基接觸相連；在各外 部同心圓環(huán)的上方設(shè)有P型歐姆接觸；在各外部同心圓環(huán)間隔的區(qū)域上方設(shè)有 與其外部同心圓環(huán)形狀和個(gè)數(shù)對應(yīng)的Si02鈍化層，該SiCb鈍化層也為1~4個(gè) 同心圓環(huán)，其厚度為0.5pm ~2|im，其寬度與各外部同心同心環(huán)形P+區(qū)域間的 間隔距離相等；在Si02鈍化層上方設(shè)有與Si02鈍化層形狀和數(shù)量對應(yīng)的場板， 該場板的形狀也為l-4個(gè)同心圓環(huán)，各場板的寬度為6~10|im;在W4H-SiC襯 底背面設(shè)有N型歐姆接觸。
參照圖2，本發(fā)明的制作方法通過以下3種實(shí)施例予以說明。
實(shí)施例l,包括如下步驟
步驟l，對所采用的N"4H-SiC樣片進(jìn)行預(yù)處理。
采用由CREE公司生產(chǎn)的N"4H-SiC樣片，其慘雜水平為1018cm—3。首先， 用熔融態(tài)KOH對W 4H-SiC樣片正面進(jìn)行刻蝕，刻蝕溫度為210°C、刻蝕時(shí)間 為15s;然后，對刻蝕后的晶片依次用丙酮、甲醇、去離子水將樣片清洗干凈; 最后，用RCA標(biāo)準(zhǔn)清洗工藝清除樣片表面的氧化層。
7步驟2，在襯底上生長N'外延層。
在預(yù)處理后的樣片正面通過CVD法生長同質(zhì)N-型外延層，外延層摻雜為 1.65xl015cm'3，厚度為10±0.5pm。
步驟3，采用金屬剝離方法制作離子注入阻擋層。
3a,對外延片做RCA標(biāo)準(zhǔn)清洗后，進(jìn)行涂膠光刻和顯影，再利用光刻膠作 阻擋層，對N'外延層采用RE刻蝕5min后形成對準(zhǔn)標(biāo)記； 3b.對形成的對準(zhǔn)標(biāo)記進(jìn)行套刻，形成圖形區(qū)域；
3c.通過電子束蒸發(fā)在帶有圖形區(qū)域的外延片正面制作7000A的Ni/Au層， 其中Ni的厚度為6000A, Au的厚度為1000A;然后浸泡在丙酮中做超聲波處 理，剝離金屬形成阻擋層。
步驟4，制作P+區(qū)域。
4a.在400°C的環(huán)境溫度下對制作了 Ni/Au層的外延片作3次Al離子注入， 注入能量分別為30keV， 280keV， 550keV。在注入能量為30 keV時(shí)，注入劑 量為8.6xl013cm-2;在注入能量為280 keV時(shí)，注入劑量5.2xl014cm—2;在注入 能量為550 keV時(shí)，注入劑量7.8xl014cm-2;
4b.采用RCA標(biāo)準(zhǔn)清洗外延片；
4c.在100(TC下對該外延片進(jìn)行烘干20min;
4d.在烘片后的外延片正面進(jìn)行三次涂膠，并在400。C下加熱90分鐘，光 刻膠碳化后轉(zhuǎn)化成無定型C膜形成碳膜保護(hù)；
4e.在160(TC的氬氣氛圍中進(jìn)行離子激活退火，退火時(shí)間10min,退火后 形成內(nèi)部用于制作PiN的P+區(qū)域和外部的場限環(huán)，其中內(nèi)部制作PiN的P+區(qū)域 圓環(huán)數(shù)目為20個(gè)，每個(gè)圓環(huán)寬度為4)im，各圓環(huán)間的間距為2.5,;外部場限 環(huán)的數(shù)目為3個(gè)，圓環(huán)寬度為10pm，各圓環(huán)間的間距為6pm。
步驟5,在N"4H-SiC樣片背面制作N型歐姆接觸。
通過金屬濺射，先在W 4H-SiC樣片背面形成Ti/Ni/Pt結(jié)構(gòu)，整個(gè)Ti/Ni/Pt 金屬結(jié)構(gòu)的厚度分別為Ti50A、 Ni3000A、 Pt500A;然后，對該金屬層在氮 氛圍中進(jìn)行快速退火處理，退火溫度95(TC，持續(xù)時(shí)間為5min。 步驟6，在制作P+區(qū)域后的外延片正面制作Si02鈍化層。 在制作P+區(qū)域后的外延片正面先采用LPCVD方式生長一層Si02鈍化層，厚度為lpm;然后通過光刻出需要刻蝕除去Si02鈍化層的圖形；再采用RIE刻 蝕除去內(nèi)部P+區(qū)域同心圓環(huán)和各內(nèi)部同心圓環(huán)的間隔區(qū)域上方所有的Si02鈍 化層，以及外部P+區(qū)域同心圓環(huán)上方所有的Si02鈍化層。
步驟7,在制作有Si02鈍化層的外延片正面制作肖特基接觸和P型歐姆 接觸，并同時(shí)制作場板。
在制作有Si02鈍化層的外延片正面先進(jìn)行涂膠，然后通過光刻在該外延片 正面形成肖特基接觸和場板圖形區(qū)域;通過金屬濺射在外延片正面形成Ti/Ni/Al 結(jié)構(gòu)，金屬結(jié)構(gòu)的厚度分別為Ti50 A、 Ni 1500 A、 A13000A，通過金屬剝離， 使保留下來的金屬與N'外延層直接接觸形成肖特基接觸，與所有P+同心圓環(huán)區(qū) 域直接接觸的部分形成P型歐姆接觸；同時(shí)，使在Si02鈍化層上方保留下來的 金屬形成場板，這些場板包括與肖特基接觸相連的場板，以及與外部場限環(huán)的 P+圓環(huán)區(qū)域接觸的金屬相連的場板，場板寬度均為6pm。
實(shí)施例2，包括如下步驟
步驟1 ，對所采用的N+ 4H-SiC樣片進(jìn)行預(yù)處理。
采用由CREE公司生產(chǎn)的N"4H-SiC樣片，其摻雜水平為1018cm'3。首先， 用熔融態(tài)KOH對N+4H-SiC樣片正面進(jìn)行刻蝕，刻蝕溫度為21(TC、刻蝕時(shí)間 為15s;然后，對刻蝕后的晶片依次用丙酮、甲醇、去離子水將樣片清洗干凈； 最后，用RCA標(biāo)準(zhǔn)清洗工藝清除樣片表面的氧化層。
步驟2，在襯底上生長N—外延層。
在預(yù)處理后的樣片正面通過CVD法生長同質(zhì)N—型外延層，外延層摻雜為 1.65xl0"cm-3,厚度為10士0.5拜。
步驟3，采用金屬剝離方法制作離子注入阻擋層。
3&對外延片做RCA標(biāo)準(zhǔn)清洗后，進(jìn)行涂膠光刻和顯影，再利用光刻膠作 阻擋層，對N-外延層采用RE刻蝕5min后形成對準(zhǔn)標(biāo)記； 3b.對形成的對準(zhǔn)標(biāo)記進(jìn)行套刻，形成圖形區(qū)域；
3c.通過電子束蒸發(fā)在帶有圖形區(qū)域的外延片正面制作5000A的Ni/Au層， 其中M的厚度為4000A， Au的厚度為1000A;然后浸泡在丙酮中做超聲波處 理，剝離金屬形成阻擋層。4a.在400°C的環(huán)境溫度下對制作了 Ni/Au層的外延片作2次Al離子注入， 注入能量分別為200 keV， 550 keV。注入能量為200 keV時(shí)，注入劑量為 5xl014cm'2;注入能量為500keV時(shí)，注入劑量5xl014cm'2;
4b.采用RCA標(biāo)準(zhǔn)清洗外延片；
4c.在IOO(TC下對外延片進(jìn)行烘干20min;
4d.烘片后在外延片正面進(jìn)行三次涂膠，并在40(TC下加熱90分鐘，光刻 膠碳化后轉(zhuǎn)化成無定型C膜形成碳膜保護(hù)；
4e.在1700°C，氬氣氛圍中進(jìn)行離子激活退火，退火時(shí)間15min，退火后 形成內(nèi)部用于制作PiN的P+區(qū)域和外部的場限環(huán)，其中內(nèi)部制作PiN的P+區(qū)域 圓環(huán)數(shù)目為10個(gè)，每個(gè)圓環(huán)寬度為2.5nm，各圓環(huán)間的間距為4pm;外部場限 環(huán)的數(shù)目為4個(gè)，圓環(huán)寬度為8pm，各圓環(huán)間的間距為10pm。
步驟5，在N"4H-SiC樣片背面制作N型歐姆接觸。
通過金屬濺射，在W 4H-SiC樣片背面形成Ti/Ni/Pt結(jié)構(gòu)，整個(gè)Ti/Ni/Pt 金屬結(jié)構(gòu)的厚度分別為Ti50A、 Ni3000A、 Pt500A;然后，對該金屬層在氮 氛圍中進(jìn)行快速退火處理，退火溫度950'C，持續(xù)時(shí)間為5min。
步驟6，在制作P+區(qū)域后的外延片正面制作SK)2鈍化層。
在制作P+區(qū)域后的外延片正面采用LPCVD方式生長一層Si02鈍化層，厚 度為0.5pm;然后通過光刻出需要刻蝕除去Si02鈍化層的圖形；再采用RIE刻 蝕除去內(nèi)部P+區(qū)域同心圓環(huán)和各內(nèi)部同心圓環(huán)的間隔區(qū)域上方所有的Si02鈍 化層，以及外部P+區(qū)域同心圓環(huán)上方所有的Si02鈍化層。
步驟7，在制作有Si02鈍化層的外延片正面制作肖特基接觸和P型歐姆接 觸，并同時(shí)制作場板。
在制作有Si02鈍化層的外延片正面進(jìn)行涂膠，然后通過光刻在該外延片正 面形成肖特基接觸和場板圖形區(qū)域；通過金屬濺射在外延片正面形成Ti/Ni/Al 結(jié)構(gòu)，金屬結(jié)構(gòu)的厚度分別為Ti50A、 Ni 1500 A、 A13000A，通過金屬剝離， 使保留下來的金屬與N'外延層直接接觸形成肖特基接觸，與所有P+同心圓環(huán)區(qū) 域直接接觸的部分形成P型歐姆接觸；同時(shí)，使在Si02鈍化層上方保留下來的 金屬形成場板，這些場板包括與肖特基接觸相連的場板，以及與外部場限環(huán)的 P+圓環(huán)區(qū)域接觸的金屬相連的場板，場板寬度均為10pm。實(shí)施例3，包括如下步驟
步驟l，對所采用的^4H-SiC樣片進(jìn)行預(yù)處理。
采用由CREE公司生產(chǎn)的N"4H-SiC樣片，其摻雜水平為1018cm'3。首先， 用熔融態(tài)KOH對^4H-SiC樣片正面進(jìn)行刻蝕，刻蝕溫度為21(TC、刻蝕時(shí)間 為15s;然后，對刻蝕后的晶片依次用丙酮、甲醇、去離子水將樣片清洗干凈; 最后，用RCA標(biāo)準(zhǔn)清洗工藝清除樣片表面的氧化層。
步驟2，在襯底上生長N.外延層。
在預(yù)處理后的樣片正面通過CVD法生長同質(zhì)N'型外延層，外延層摻雜為 1.65xl015cm-3，厚度為10±0.5^im。
步驟3，采用金屬剝離方法制作離子注入阻擋層。
3a,對外延片做RCA標(biāo)準(zhǔn)清洗后，進(jìn)行涂膠光刻和顯影，再利用光刻膠作 阻擋層，對N'外延層采用RE刻蝕5min后形成對準(zhǔn)標(biāo)記； 3b.對形成的對準(zhǔn)標(biāo)記進(jìn)行套刻，形成圖形區(qū)域；
3c.通過電子束蒸發(fā)在帶有圖形區(qū)域的外延片正面制作5500A的Ni/Au層， 其中Ni的厚度為4000A， Au的厚度為1500A;然后浸泡在丙酮中做超聲波處 理，剝離金屬形成阻擋層。
步驟4，制作P+區(qū)域。
4a.在400°C的環(huán)境溫度下對制作了 Ni/Au層的外延片作5次Al離子注入， 注入能量分別為30 keV， 120keV， 300 keV, 420 keV， 550 keV。注入能量為 30 keV時(shí)，注入劑量為2.8xl012cm-2;注入能量為120 keV時(shí)，注入劑量 6.5xl012cnT2;注入能量為300 keV時(shí)，注入劑量1.05xl013cnf2;注入能量為420 keV時(shí)，注入劑量1.30xl013cm—2;注入能量為550 keV時(shí)，注入劑量 1.45xl013cm-2;
4b.采用RCA標(biāo)準(zhǔn)清洗外延片；
4c.在1000。C下對外延片進(jìn)行烘干20min;
4d.烘片后在外延片正面進(jìn)行三次涂膠，并在40(TC下加熱90分鐘，光刻 膠碳化后轉(zhuǎn)化成無定型C膜形成碳膜保護(hù)；
4e.在1500°C，氬氣氛圍中進(jìn)行離子激活退火，退火時(shí)間20min，退火后 形成內(nèi)部用于制作PiN的P+區(qū)域和外部的場限環(huán)，其中內(nèi)部制作PiN的P+區(qū)域圓環(huán)數(shù)目為15個(gè)，每個(gè)圓環(huán)寬度為3pm，各圓環(huán)間的間距為3.5拜；外部場限 環(huán)的數(shù)目為l個(gè)，每個(gè)圓環(huán)寬度為5pm，此圓環(huán)與內(nèi)部圓環(huán)的間距為8pm。 步驟5，在N"4H-SiC樣片背面制作N型歐姆接觸。
通過金屬濺射，在W 4H-SiC樣片背面形成Ti/Ni/Pt結(jié)構(gòu)，整個(gè)Ti/Ni/Pt 金屬結(jié)構(gòu)的厚度分別為Ti50A、 Ni3000A、 Pt500A;然后，對該金屬層在氮 氛圍中進(jìn)行快速退火處理，退火溫度95(TC，持續(xù)時(shí)間為5min。 步驟6，在制作P+區(qū)域后的外延片正面制作Si02鈍化層。 在制作P+區(qū)域后的外延片正面采用LPCVD方式生長一層Si02鈍化層，厚 度為2pm;然后通過光刻出需要刻蝕除去SiCb鈍化層的圖形；再采用RIE刻蝕 除去內(nèi)部P+區(qū)域同心圓環(huán)和各內(nèi)部同心圓環(huán)的間隔區(qū)域上方所有的Si02鈍化
層，以及外部P+區(qū)域同心圓環(huán)上方所有的Si02鈍化層。
步驟7，在制作有Si02鈍化層的外延片正面制作肖特基接觸和P型歐姆接 觸，并同時(shí)制作場板。
在制作有Si02鈍化層的外延片正面進(jìn)行涂膠，然后通過光刻在該外延片正 面形成肖特基接觸和場板圖形區(qū)域；通過金屬濺射在外延片正面形成Ti/Ni/Al 結(jié)構(gòu)，金屬結(jié)構(gòu)的厚度分別為Ti50A、 Nil500A、 A13000A;通過金屬剝離， 使保留下來的金屬與N'外延層直接接觸形成肖特基接觸，與所有P+同心圓環(huán)區(qū) 域直接接觸的部分形成P型歐姆接觸；同時(shí)，使在Si02鈍化層上方保留下來的 金屬形成場板，這些場板包括與肖特基接觸相連的場板，以及與外部場限環(huán)的 P+圓環(huán)區(qū)域接觸的金屬相連的場板，場板寬度均為8,。
本發(fā)明的效果可以通過以下仿真結(jié)果進(jìn)一步說明
圖3為本發(fā)明的器件在反向偏壓時(shí)，不同Si02鈍化層厚度下的一組I-V特 性曲線。仿真結(jié)構(gòu)采用3個(gè)場限環(huán)結(jié)構(gòu)，圓環(huán)寬度為10pm，圓環(huán)間的間距為 6pm，場板的寬度為6pm。由圖3可知在Si02鈍化層厚度為lpm時(shí)，器件反向 擊穿電壓達(dá)到最大值，增加或減少Si02鈍化層厚度都會導(dǎo)致反向擊穿電壓的降 低。
圖4為本發(fā)明的器件在反向偏壓時(shí)，不同偏移場板個(gè)數(shù)下的一組I-V特性 曲線。仿真結(jié)構(gòu)中場限環(huán)的寬度為10pm，圓環(huán)間的間距為6pm，場板的寬度 為6,， Si02鈍化層厚度為lpm。由圖4可知，當(dāng)偏移場板個(gè)數(shù)由1開始增加，反向擊穿電壓逐漸增大，在偏移場板個(gè)數(shù)達(dá)到3個(gè)時(shí)，反向擊穿電壓達(dá)到最大， 偏移場板個(gè)數(shù)增加不再提高反向擊穿電壓。
圖5為本發(fā)明的器件在反向偏壓時(shí)，不同場限環(huán)間距下的一組I-V特性曲 線。仿真結(jié)構(gòu)中場限環(huán)寬度為lO)im，其個(gè)數(shù)為3個(gè)，場板的寬度為6pm， Si02 鈍化層厚度為lpm。由圖5可知，當(dāng)場限環(huán)間距由l(Him開始減小，反向擊穿 電壓逐漸增大，在場限環(huán)間距達(dá)到6)im時(shí)，反向擊穿電壓達(dá)到最大值，但隨著 場限環(huán)間距的逐漸減小，反向擊穿電壓的增大趨勢逐漸減緩。
權(quán)利要求
1.一種偏移場板結(jié)構(gòu)的4H-SiC PiN/肖特基二極管，包括N+ 4H-SiC襯底和同型N-外延層，4H-SiC襯底背面設(shè)有N型歐姆接觸，其特征在于N-外延層上設(shè)有n個(gè)同心環(huán)形P+區(qū)域，n≥2，這些同心環(huán)形P+區(qū)域按照直徑的大小分為外部同心圓環(huán)和內(nèi)部同心圓環(huán)；所述同心環(huán)形P+區(qū)域的各內(nèi)部同心圓環(huán)的上方設(shè)有P型歐姆接觸，各內(nèi)部同心圓環(huán)間隔的區(qū)域上方設(shè)有肖特基接觸；所述同心環(huán)形P+區(qū)域的各外部同心圓環(huán)的上方設(shè)有P型歐姆接觸，各外部同心圓環(huán)間隔的區(qū)域上方設(shè)有SiO2鈍化層，該SiO2鈍化層上方設(shè)有場板。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的二極管結(jié)構(gòu)，其特征在于外部同心環(huán)形 P+區(qū)域的間隔大于內(nèi)部環(huán)形P+區(qū)域的間隔，該內(nèi)部同心環(huán)形P+區(qū)域的 各環(huán)寬度相等且等間距分布，用于制作PiN二極管，該外部同心環(huán)形 P+區(qū)域的各環(huán)寬度相等且等間距分布，用于制作場限環(huán)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的二極管結(jié)構(gòu)，其特征在于每個(gè)內(nèi)部環(huán)形 的寬度為2.5|im~4^im，各環(huán)形間的間距為2.5nm 4pm;每個(gè)外部環(huán)形 的寬度為5pm 10,，各環(huán)形間的間距為6pm 10^im。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的二極管結(jié)構(gòu)，其特征在于內(nèi)部同心環(huán)形 P+區(qū)域上方的P型歐姆接觸和圓環(huán)之間的區(qū)域上方的肖特基接觸相 連。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的二極管結(jié)構(gòu)，其中所述的Si02鈍化層的 厚度為0.5pm 2nm;該Si02鈍化層上方所設(shè)的場板寬度為6pm 10nm。
6. —種偏移場板結(jié)構(gòu)的4H-SiC PiN/肖特基二極管制作方法，包括 如下步驟(1) 對4H-SiC襯底進(jìn)行預(yù)處理，并在預(yù)處理后的4H-SiC襯底正 面生長N'外延層；(2) 在N'型外延層上采用Ni/Au金屬層作為阻擋層，進(jìn)行2 5次能量為30keV 550keV的Al離子注入，并在1500'C 1700'C的氬氣 環(huán)境中進(jìn)行離子激活退火10~20分鐘，形成11 24個(gè)同心環(huán)形P+區(qū)域， 其中內(nèi)部的10 20個(gè)同心環(huán)形P+區(qū)域?yàn)閮?nèi)部同心圓環(huán)，外部的1 4個(gè) 同心環(huán)形P+區(qū)域?yàn)橥獠客膱A環(huán)；(3) 在預(yù)處理后的4H-SiC襯底背面直接濺射Ti/Ni/Pt金屬，并 通過退火形成N型歐姆接觸；(4) 在襯底正面通過LPCVD淀積Si02鈍化層，通過涂膠光刻開 窗，刻蝕掉內(nèi)部同心圓環(huán)以及圓環(huán)間隔區(qū)域上方所有的Si02鈍化層， 同時(shí)刻蝕掉外部同心圓環(huán)上方所有的Si02鈍化層；(5) 在形成Si02鈍化層的襯底表面通過涂膠光刻形成圖形區(qū)域， 再通過濺射Ti/Ni/Al金屬直接制作P型歐姆接觸和肖特基接觸，最后 通過剝離形成場板結(jié)構(gòu)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的二極管的制作方法，其中步驟(1)所述 的在4H-SiC襯底正面生長N'外延層，是通過氣象外延生長CVD法生 長同質(zhì)N—型外延層，外延層摻雜為1.65x1015cm'3，厚度為10士0.5pm。
8. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的二極管的制作方法，其中步驟(2)所述 的Ni/Au金屬阻擋層，厚度為5000 A 7000 A。
9. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的二極管的制作方法，其中步驟(3)所述 的在4H-SiC襯底背面直接濺射的Ti/Ni/Pt金屬，其厚度為Ti 50A、 Ni3000A、 Ti 500A。
10. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的二極管的制作方法，其中步驟(5)所 述的濺射的Ti/Ni/Al金屬，其厚度為Ti 50 A、 Ni 1500 A、 Al 3000 A。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種偏移場板結(jié)構(gòu)的4H-SiC PiN/肖特基二極管。它包括N⁺4H-SiC襯底和同型N^-外延層；襯底背面設(shè)有N型歐姆接觸；N^-外延層上設(shè)有多個(gè)同心環(huán)形P⁺區(qū)域，這些同心環(huán)形P⁺區(qū)域分為外部同心圓環(huán)和內(nèi)部同心圓環(huán)；各內(nèi)部同心圓環(huán)及環(huán)間隔區(qū)域的上方設(shè)有P型歐姆接觸和肖特基接觸；各外部同心圓環(huán)及其間隔區(qū)域的上方設(shè)有P型歐姆接觸和SiO₂鈍化層；在該SiO₂鈍化層上方設(shè)有場板。其制作過程是在4H-SiC襯底正面生長N^-外延層；在N^-型外延層制作同心環(huán)形P⁺區(qū)域、SiO₂鈍化層、肖特基接觸、P型歐姆接觸和場板；在4H-SiC襯底背面制作N型歐姆接觸。本發(fā)明可用于大功率整流器及PFC電路。
文檔編號H01L29/66GK101540343SQ20091002201
公開日2009年9月23日 申請日期2009年4月14日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月14日
發(fā)明者呂紅亮, 宋慶文, 林 張, 張義門, 張玉明, 王悅湖, 鄭慶立, 陳豐平 申請人:西安電子科技大學(xué)