基于雙臺(tái)階場(chǎng)板終端的4H?SiC肖特基二極管及制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種雙臺(tái)階場(chǎng)板終端的4H?SiC肖特基二極管，主要解決傳統(tǒng)場(chǎng)板終端的4H?SiC肖特基二極管擊穿電壓小于1500V的問(wèn)題。其包括N+ 4H?SiC襯底(1)，N? 4H?SiC外延層(2)，襯底背面設(shè)有歐姆接觸(3)，外延層表面兩側(cè)設(shè)有SiO2鈍化層(4)，外延層表面中間設(shè)有金屬場(chǎng)板終端(5)。其特征在于鈍化層(4)和場(chǎng)板終端(5)均為雙臺(tái)階形狀，且雙臺(tái)階鈍化層和雙臺(tái)階場(chǎng)板終端的臺(tái)階厚度相同，其總厚度為350nm～600nm。本發(fā)明由于將場(chǎng)板終端設(shè)為雙臺(tái)階形狀，使4H?SiC肖特基二極管的擊穿電壓達(dá)到了1800V以上，提高了二極管的抗擊穿能力，可用于大功率集成電路的制備。
【專利說(shuō)明】
基于雙臺(tái)階場(chǎng)板終端的4H-S i C肖特基二極管及制作方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于微電子器件技術(shù)領(lǐng)域，涉及第三代寬帶隙半導(dǎo)體材料4H-SiC的高壓肖特基二極管及制作方法，可用于大功率集成電路的制備。
【背景技術(shù)】
[0002]肖特基二極管由于開(kāi)關(guān)頻率高、正向壓降低、反向擊穿電壓高等優(yōu)點(diǎn)，作為大功率器件在電力、航空、軍事、通訊、能源等領(lǐng)域中是必不可少的。隨著半導(dǎo)體技術(shù)的不斷發(fā)展，對(duì)肖特基二極管的性能也提出了更高的要求。傳統(tǒng)的硅基肖特基二極管是通過(guò)N型Si材料和金、銀、鋁、鉑等貴金屬接觸實(shí)現(xiàn)器件的整流特性的。由于硅材料禁帶寬度窄，而且低溫下載流子濃度很高，因此傳統(tǒng)硅基肖特基二極管在低壓時(shí)漏電流很高，從而使其過(guò)早擊穿;其次，由于硅的熱導(dǎo)率較低，對(duì)于更高要求的電網(wǎng)，只能通過(guò)串、并聯(lián)技術(shù)和復(fù)雜的電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)，這會(huì)使制造成本和電路系統(tǒng)的故障點(diǎn)提升。傳統(tǒng)硅基肖特基二極管最大的缺點(diǎn)是反向擊穿電壓很低，最高只到50V，而且反向漏電流為正溫度特性，容易隨著溫度的升高使其過(guò)早擊穿。但是在實(shí)際應(yīng)用中，特別是一些大功率的電網(wǎng)中，電壓一般達(dá)到上千伏，因此傳統(tǒng)的硅基肖特基二極管作為開(kāi)關(guān)器件遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足實(shí)際需求。
[0003]自從第三代寬禁帶半導(dǎo)體材料SiC問(wèn)世以來(lái)，使用SiC材料制作的肖特基二極管其性能出現(xiàn)了質(zhì)的飛躍。由于SiC材料具有禁帶寬度大、臨界擊穿場(chǎng)強(qiáng)高、熱導(dǎo)率高等優(yōu)點(diǎn)，因此其廣泛應(yīng)用于大功率器件的制備。自從SiC肖特基二極管2001年進(jìn)入市場(chǎng)，其反向擊穿電壓和正向?qū)娏鲝拈_(kāi)始的300V/10A和600V/20A提升到現(xiàn)在的1200V。以這樣的增長(zhǎng)速度，可以預(yù)見(jiàn)SiC肖特基二極管可以取代硅基肖特基二極管應(yīng)用在中等功率馬達(dá)驅(qū)動(dòng)模塊等電力電子設(shè)備中。使用SiC材料制作普通結(jié)構(gòu)的肖特基二極管的技術(shù)已經(jīng)很成熟了，提高這種普通結(jié)構(gòu)器件的擊穿電壓，一般是通過(guò)提高漂移區(qū)的電阻來(lái)實(shí)現(xiàn)的，但是這種技術(shù)只能將擊穿電壓提高到1000V以內(nèi)，但是這與大功率要求還有一定的差距。目前，業(yè)界提出了相應(yīng)的終端結(jié)構(gòu)，包括場(chǎng)板、場(chǎng)環(huán)、斜角邊緣等。其中場(chǎng)板終端是所有終端中結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)單、工藝成本最低的終端結(jié)構(gòu)，因?yàn)槠渲恍枰谄胀ǖ钠矫娼Y(jié)上將金屬接觸延升到兩側(cè)的鈍化層表面即可，不需要額外的工藝步驟。圖1是傳統(tǒng)場(chǎng)板終端的4H-SiC肖特基二極管，該二極管包括:歐姆接觸、N+4H-SiC襯底、N—4H-SiC外延層、外延層表面兩側(cè)的S12鈍化層、外延層表面中間的金屬場(chǎng)板終端。這種金屬場(chǎng)板終端技術(shù)可以降低鈍化層和肖特基接觸邊緣的電場(chǎng)，從而提高擊穿電壓。但傳統(tǒng)場(chǎng)板終端只能將擊穿電壓提高到1500V左右。實(shí)際上傳統(tǒng)場(chǎng)板終端的肖特基二極管擊穿電壓低主要是由于肖特基接觸邊緣的電場(chǎng)太大，而且肖特基接觸兩側(cè)鈍化層電場(chǎng)分布不均勻。因此，需要對(duì)傳統(tǒng)的場(chǎng)板終端進(jìn)行改進(jìn)，降低肖特基接觸邊緣的電場(chǎng)，并且使鈍化層電場(chǎng)分布更均勻，從而進(jìn)一步提高器件的擊穿電壓。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于針對(duì)上述傳統(tǒng)場(chǎng)板終端的4H_SiC肖特基二極管的不足，提出一種基于雙臺(tái)階場(chǎng)板終端的4H-SiC肖特基二極管及制作方法，以使4H-SiC肖特基二極管的反向擊穿電壓提高到1800V以上。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)思路是在傳統(tǒng)場(chǎng)板終端的4H_SiC肖特基二極管的基礎(chǔ)上，將傳統(tǒng)場(chǎng)板終端改成臺(tái)階形狀。為了降低刻蝕工藝的難度，僅僅將鈍化層刻蝕成雙臺(tái)階形狀，從而實(shí)現(xiàn)雙臺(tái)階場(chǎng)板終端的4H-SiC肖特基二極管的制備。將場(chǎng)板改為雙臺(tái)階形狀，等效的增加了場(chǎng)板的長(zhǎng)度，從而提高了器件的擊穿電壓。此外，將場(chǎng)板終端改為雙臺(tái)階形狀，可以降低肖特基接觸邊緣的電場(chǎng)，并且使鈍化層電場(chǎng)分布更均勻，從而提高4H-SiC肖特基二極管的擊穿電壓。
[0006]根據(jù)上述思路，本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
[0007]1.一種雙臺(tái)階場(chǎng)板終端的4H-SiC肖特基二極管，包括N+4H-SiC襯底和同型的N—4H-SiC外延層，4H-SiC襯底背面設(shè)有N型歐姆接觸，4H-SiC外延層表面兩側(cè)刻蝕有S12鈍化層，4H-SiC外延層表面中間設(shè)有金屬場(chǎng)板終端，其特征在于:Si02鈍化層和金屬場(chǎng)板終端均為雙臺(tái)階形狀。
[0008]作為優(yōu)選，所述雙臺(tái)階鈍化層的兩個(gè)臺(tái)階，其總厚度為350nm?600nm，且每個(gè)臺(tái)階的厚度在10nm?300nm范圍內(nèi)確定。
[0009]作為優(yōu)選，所述雙臺(tái)階金屬場(chǎng)板終端的兩個(gè)臺(tái)階，其總厚度為350nm?600nm，且每個(gè)臺(tái)階的厚度在10nm?300nm范圍內(nèi)確定。
[0010]2.一種雙臺(tái)階場(chǎng)板終端結(jié)構(gòu)的4H-SiC肖特基二極管制作方法，包括如下步驟:
[0011 ] I)選取直徑為2英寸的N+4H-SiC襯底進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)RCA清洗；
[0012]2)用CVD方法在清洗后的N+4H-SiC襯底正面生長(zhǎng)厚度為10±0.5μπι、摻雜濃度為6X 115Cnf3的4H-SiC外延層；
[0013]3)在清洗后的N+4H_SiC襯底背面電子束蒸發(fā)Ti/Pt金屬形成歐姆接觸，金屬Ti和金屬Pt的厚度均為I OOnm;
[0014]4)在外延層表面濕法刻蝕形成對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記；
[0015]5)在帶有對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記的外延層表面用PECVD的方法淀積厚度為350nm?600nm的S12鈍化層；
[0016]6)用反應(yīng)離子刻蝕的方法刻蝕掉S12鈍化層的中間部分，形成長(zhǎng)度為5μηι?ΙΟμ??
的肖特基窗口 ；
[0017]7)刻蝕雙臺(tái)階鈍化層；
[0018]7a)在肖特基窗口兩側(cè)的S12鈍化層表面涂光刻膠并顯影，形成雙臺(tái)階鈍化層圖形區(qū)域；
[0019]7b)用光刻膠作為阻擋層，對(duì)圖形區(qū)域進(jìn)行深度為10nm?300nm的反應(yīng)離子刻蝕，形成雙臺(tái)階鈍化層，該雙臺(tái)階鈍化層每個(gè)臺(tái)階的厚度為I OOnm?300nm ；
[0020]8)制備雙臺(tái)階場(chǎng)板終端和肖特基接觸
[0021]8a)在雙臺(tái)階鈍化層和肖特基窗口表面涂光刻膠并顯影，分別形成雙臺(tái)階場(chǎng)板終端的圖形區(qū)域和肖特基接觸的圖形區(qū)域；
[0022]8b)在8a)所形成的兩個(gè)圖形區(qū)域中電子束蒸發(fā)Ti/Pt金屬，形成肖特基接觸和雙臺(tái)階場(chǎng)板終端，該雙臺(tái)階場(chǎng)板終端每個(gè)臺(tái)階的厚度與鈍化層的每個(gè)臺(tái)階厚度相同，即每個(gè)臺(tái)階的厚度為10nm?300nmo
[0023]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0024]I)本發(fā)明器件由于使用了雙臺(tái)階場(chǎng)板終端，與普通場(chǎng)板終端器件相比，不僅等效地增加了場(chǎng)板的長(zhǎng)度，提高了擊穿電壓，而且降低了肖特基接觸邊緣的電場(chǎng)，避免了器件的過(guò)早擊穿；
[0025]2)本發(fā)明器件由于使用了雙臺(tái)階鈍化層，與普通鈍化層器件相比，使鈍化層電場(chǎng)分布更均勻，從而避免了漂移區(qū)的過(guò)早擊穿；
[0026]3)本發(fā)明器件由于僅僅使用了場(chǎng)板終端，減少了傳統(tǒng)器件場(chǎng)板和場(chǎng)環(huán)結(jié)合的工藝步驟，而且不需要制作場(chǎng)環(huán)的掩膜版，從而降低了成本；
[0027]4)本發(fā)明器件的工藝與普通二極管工藝兼容；
[0028]仿真結(jié)果表明，本發(fā)明器件使用雙臺(tái)階場(chǎng)板終端和雙臺(tái)階鈍化層，其擊穿電壓大于 1800V。
【附圖說(shuō)明】
[0029]圖1是常規(guī)場(chǎng)板終端的4H_SiC肖特基二極管結(jié)構(gòu)示意圖；
[0030]圖2是本發(fā)明雙臺(tái)階場(chǎng)板終端的4H_SiC肖特基二極管結(jié)構(gòu)示意圖；
[0031 ]圖3是制備本發(fā)明器件的工藝流程框圖；
[0032]圖4是常規(guī)場(chǎng)板終端的4H_SiC肖特基二極管在不同鈍化層厚度下的擊穿電壓圖；
[0033]圖5是本發(fā)明雙臺(tái)階場(chǎng)板終端的4H_SiC肖特基二極管在不同鈍化層厚度下的擊穿電壓圖；
[0034]圖6是本發(fā)明雙臺(tái)階場(chǎng)板終端的4H_SiC肖特基二極管在不同臺(tái)階厚度下的反向1-V特性曲線；
【具體實(shí)施方式】
[0035]以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案和效果做進(jìn)一步詳細(xì)描述。
[0036]參照?qǐng)D2，本發(fā)明的器件包括N+4H-SiC襯底1、N—4H-SiC外延層2、N型歐姆接觸3、雙臺(tái)階S12鈍化層4、雙臺(tái)階金屬場(chǎng)板終端5。襯底I的直徑為2英寸;N—4H-SiC外延層2的厚度為10 ±0.5μπι，設(shè)在N+4H-SiC襯底I的正面;N型歐姆接觸3的厚度為200± 1nm，設(shè)在襯底I的背面;雙臺(tái)階鈍化層4設(shè)在外延層2的兩側(cè)，兩個(gè)臺(tái)階的總厚度為350nm?600nm;雙臺(tái)階金屬場(chǎng)板終端5設(shè)在外延層2的中間，兩個(gè)臺(tái)階的總厚度為350nm?600nm。雙臺(tái)階鈍化層4和雙臺(tái)階金屬場(chǎng)板終端5的每個(gè)臺(tái)階的厚度在10nm?300nm范圍內(nèi)確定，但是兩個(gè)臺(tái)階的總厚度不能超過(guò)給定的總厚度范圍。
[0037]參照?qǐng)D3，本發(fā)明器件的制備方法給出以下三種實(shí)施例:
[0038]實(shí)施例1，制作兩個(gè)臺(tái)階的厚度自上而下分別為10nm和250nm的雙臺(tái)階場(chǎng)板終端的4H-SiC肖特基二極管。
[0039]步驟I，選取4H_SiC襯底進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)RCA清洗。
[0040]Ia)選取直徑為2英寸、摻雜濃度為I X 1018cm—3的N+4H_SiC襯底；
[0041]lb)用比例為1: 1: 5的鹽酸、雙氧水、去離子水的混合溶液清洗選取的SiC襯底，清洗時(shí)間為5分鐘，去除襯底表面的金屬氧化物、氫氧化物和活潑金屬等雜質(zhì)；
[0042]Ic)將清洗后的襯底放在比例為1:10的氟化氫和去離子水的混合溶液中浸泡30秒，去除襯底表面的自然氧化物；
[0043]Id)用氮?dú)獯蹈汕逑催^(guò)的襯底。
[0044]步驟2，在襯底正面生長(zhǎng)外延層。
[0045]用CVD的方法在清洗后的SiC襯底正面生長(zhǎng)同型的N—外延層，生長(zhǎng)的外壓層厚度為10±0.5μπι、摻雜濃度為 6X1015cm—3。
[0046]所述CVD生長(zhǎng)外延層，其工藝條件如下:
[0047]生長(zhǎng)溫度為1500°C，生長(zhǎng)時(shí)間為2小時(shí)，生長(zhǎng)過(guò)程中采用的反應(yīng)氣體為SiHjPC3H8,且SiH4與C3H8的比例為4:1。
[0048]步驟3，在襯底背面制備歐姆接觸。
[0049]3a)用電子束蒸發(fā)的方法在清洗后的SiC襯底背面蒸發(fā)Ti/Pt金屬，金屬Ti和金屬Pt的厚度均為10nm;
[0050]3b)蒸發(fā)完金屬后，將器件放在氮?dú)夥諊耐嘶馉t中進(jìn)行3分鐘的快速退火，退火溫度為1000 °C。
[0051 ]步驟4，刻蝕外延層表面形成對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記。
[0052]4a)在外延層表面涂厚度為0.2μπι的光刻膠并顯影，用光刻膠作為阻擋層對(duì)外延層表面進(jìn)行濕法刻蝕5分鐘；
[0053]4b)刻蝕后在外壓層表面進(jìn)行刻套，形成對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記的圖形區(qū)域；
[0054]4c)用電子束蒸發(fā)的方法在圖形區(qū)域蒸發(fā)Ti/Ni金屬，其中Ti的厚度為150nm，Ni的厚度為50nm;
[0055]4d)用金屬剝離液剝離掉電子束蒸發(fā)的金屬，剝離后將器件浸泡在丙酮中進(jìn)行超聲波清洗，清洗后并在氮?dú)夥諊袥_干。
[0056]步驟5，在形成對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記的外延層表面淀積Si02鈍化層。
[0057]形成對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記后，用PECVD的方法在外延層表面生長(zhǎng)一層S12鈍化層，厚度為350nm。生長(zhǎng)完鈍化層后，在氧化爐中致密I小時(shí)。
[0058]生長(zhǎng)S12鈍化層的工藝條件如下:
[0059]生長(zhǎng)溫度為300°C，生長(zhǎng)時(shí)間為300秒；
[0060]生長(zhǎng)過(guò)程中的反應(yīng)氣體為SiH4和C3H8,其中SiH4和C3H8的比例為5:1 ；
[0061]保護(hù)氣體為氦氣；
[0062]反應(yīng)腔體內(nèi)的壓強(qiáng)為500mT。
[0063]步驟6，光刻中間的鈍化層形成肖特基窗口。
[0064]6a)在鈍化層表面涂0.2μπι厚度的光刻膠并顯影，之后在超純水中沖洗2分鐘，并在氮?dú)夥諊袥_干；
[0065]6b)將光刻膠作為阻擋層，用反應(yīng)離子刻蝕的方法刻蝕掉中間的S12鈍化層，刻蝕深度為0.55μηι，刻蝕長(zhǎng)度均為5μηι，從而形成長(zhǎng)度為5μηι的肖特基窗口 ；
[0066]反應(yīng)離子刻蝕的工藝條件如下:
[0067]反應(yīng)氣體為CFjPO2;
[0068]反應(yīng)腔體內(nèi)的壓強(qiáng)為5mT;
[0069]反應(yīng)腔體的功率為50W;
[0070]6c)刻蝕后用剝離液對(duì)器件進(jìn)行有機(jī)清洗，去除殘留的光刻膠。
[0071 ]步驟7，刻蝕雙臺(tái)階鈍化層。
[0072]7a)在肖特基窗口兩側(cè)的鈍化層表面涂厚度為0.2μπι的光刻膠并顯影，形成雙臺(tái)階鈍化層圖形區(qū)域；
[0073]7b)形成圖形區(qū)域后，將器件放在超純水中沖洗2分鐘，并在氮?dú)夥諊袥_干；
[0074]7c)用光刻膠作為阻擋層，對(duì)雙臺(tái)階圖形區(qū)域進(jìn)行反應(yīng)離子刻蝕，刻蝕深度為10nm，從而形成兩個(gè)臺(tái)階的厚度自上而下分別為10nm和250nm的雙臺(tái)階鈍化層；
[0075]反應(yīng)離子刻蝕的工藝條件如下:
[0076]反應(yīng)氣體為CFjPO2;
[0077]反應(yīng)腔體內(nèi)的壓強(qiáng)為5mT;
[0078]反應(yīng)腔體的功率為50W;
[0079]7d)形成雙臺(tái)階鈍化層后，用剝離液對(duì)器件進(jìn)行有機(jī)清洗，去除殘留的光刻膠。
[0080]步驟8，制備肖特基接觸和雙臺(tái)階場(chǎng)板終端。
[0081]8a)在雙臺(tái)階鈍化層表面和肖特基窗口表面涂光刻膠并顯影，在雙臺(tái)階鈍化層表面形成雙臺(tái)階場(chǎng)板終端的圖形區(qū)域，在肖特基窗口表面形成肖特基接觸的圖形區(qū)域；
[0082]Sb)形成圖形區(qū)域后，將器件放在超純水中沖洗2分鐘，并在氮?dú)夥諊袥_干；
[0083]8c)在形成的圖形區(qū)域中電子束蒸發(fā)Ti/Pt金屬，其中金屬Ti的厚度為200nm，金屬Pt的厚度為200nm。蒸發(fā)完金屬后，在肖特基窗口形成肖特基接觸，在雙臺(tái)階鈍化層表面形成雙臺(tái)階金屬場(chǎng)板終端，該雙臺(tái)階金屬場(chǎng)板終端的臺(tái)階厚度自上而下分別為1 O n m和250nmo
[0084]8d)形成場(chǎng)板終端和肖特基接觸后，用剝離液對(duì)器件進(jìn)行有機(jī)清洗去除殘留的光刻膠，并用乙醇和丙酮洗凈殘留的剝離液，完成雙臺(tái)階場(chǎng)板終端的4H_SiC肖特基二極管的制作。
[0085]實(shí)施例2:制作兩個(gè)臺(tái)階的厚度自上而下分別為3 O O nm和2 O O nm的雙臺(tái)階場(chǎng)板終端的4H-SiC肖特基二極管。
[0086]步驟一，選取4H_SiC襯底進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)RCA清洗。
[0087]本步驟的具體實(shí)施與實(shí)施例1的步驟I相同。
[0088]步驟二，在襯底正面生長(zhǎng)外延層。
[0089]本步驟的具體實(shí)施與實(shí)施例1的步驟2相同。
[0090]步驟三，在襯底背面制備歐姆接觸。
[0091 ]本步驟的具體實(shí)施與實(shí)施例1的步驟3相同。
[0092]步驟四，刻蝕外延層表面形成對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記。
[0093]本步驟的具體實(shí)施與實(shí)施例1的步驟4相同。
[0094]步驟五，在形成對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記的外延層表面淀積S12鈍化層。
[0095]5.1)用PECVD的方法利用如下工藝條件下，在形成準(zhǔn)標(biāo)記的外延層表面生長(zhǎng)一層厚度為500nm的S12鈍化層:
[0096]生長(zhǎng)溫度為300 °C，生長(zhǎng)時(shí)間為400秒；
[0097]反應(yīng)氣體為SiH4和C3H8,其中SiH4和C3H8的比例為5:1 ；
[0098]保護(hù)氣體為He;
[0099]反應(yīng)腔體內(nèi)的壓強(qiáng)為500mT;
[0100]5.2)將生長(zhǎng)完鈍化層的襯底，放置在氧化爐中致密I小時(shí)。
[0101]步驟六，光刻中間的鈍化層形成肖特基窗口。
[0102]6.1)在鈍化層表面涂0.2μπι厚度的光刻膠并顯影，顯影之后在超純水中沖洗2分鐘，并在氮?dú)夥諊袥_干；
[0103]6.2)用光刻膠作為阻擋層在鈍化層中間進(jìn)行反應(yīng)離子刻蝕，刻蝕深度為0.7μπι、刻蝕長(zhǎng)度為5μηι，從而在鈍化層中間形成長(zhǎng)度為5μηι的肖特基窗口，其中反應(yīng)離子刻蝕的工藝條件與實(shí)施例1的步驟6b)相同；
[0104]6.3)刻蝕后用剝離液對(duì)器件進(jìn)行有機(jī)清洗，去除殘留的光刻膠。
[0105]步驟七，刻蝕肖特基窗口兩側(cè)的鈍化層，形成雙臺(tái)階鈍化層。
[0106]7.1)在肖特基窗口兩側(cè)的鈍化層表面涂0.2μπι厚度的光刻膠并顯影，形成雙臺(tái)階鈍化層圖形區(qū)域，并在超純水中沖洗2分鐘，在氮?dú)夥諊袥_干；
[0107]7.2)用光刻膠作為阻擋層，對(duì)雙臺(tái)階圖形區(qū)域進(jìn)行反應(yīng)離子刻蝕，刻蝕深度為300nm，刻蝕后形成兩個(gè)臺(tái)階的厚度自上而下分別為300nm和200nm的雙臺(tái)階鈍化層，其中反應(yīng)離子刻蝕的工藝條件與實(shí)施例1的步驟7c)相同；
[0108]7.3)形成雙臺(tái)階鈍化層之后，用剝離液對(duì)器件進(jìn)行有機(jī)清洗，去除殘留的光刻膠。
[0109]步驟八，制備肖特基接觸和雙臺(tái)階場(chǎng)板終端。
[0110]8.1)在雙臺(tái)階鈍化層表面和肖特基窗口表面涂光刻膠并顯影，在雙臺(tái)階鈍化層表面形成雙臺(tái)階場(chǎng)板終端的圖形區(qū)域，在肖特基窗口表面形成肖特基接觸的圖形區(qū)域，顯影后在超純水中沖洗2分鐘，并在氮?dú)夥諊袥_干；
[0111]8.2)在形成的圖形區(qū)域中電子束蒸發(fā)Ti/Pt金屬，其中金屬Ti的厚度為250nm，金屬Pt的厚度為350nm。蒸發(fā)完金屬后，在肖特基窗口形成肖特基接觸，在雙臺(tái)階鈍化層表面形成雙臺(tái)階金屬場(chǎng)板終端，該雙臺(tái)階金屬場(chǎng)板終端的臺(tái)階厚度自上而下分別為3 O O n m和200nm；
[0112]8.3)形成場(chǎng)板終端和肖特基接觸后，用剝離液對(duì)器件進(jìn)行有機(jī)清洗去除殘留的光刻膠，并用乙醇和丙酮洗凈殘留的剝離液，完成雙臺(tái)階場(chǎng)板終端的4H_SiC肖特基二極管的制作。
[0113]實(shí)施例3:制作兩個(gè)臺(tái)階的厚度自上而下分別為300nm的雙臺(tái)階場(chǎng)板終端的4H-SiC
肖特基二極管。
[0114]步驟A，選取4H_SiC襯底進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)RCA清洗。
[0115]本步驟的具體實(shí)施與實(shí)施例1的步驟I相同。
[0116]步驟B，在襯底正面生長(zhǎng)外延層。
[0117]本步驟的具體實(shí)施與實(shí)施例1的步驟2相同。
[0118]步驟C，在襯底背面制備歐姆接觸。
[0119]本步驟的具體實(shí)施與實(shí)施例1的步驟3相同。
[0120]步驟D，刻蝕外延層表面形成對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記。
[0121 ]本步驟的具體實(shí)施與實(shí)施例1的步驟4相同。
[0122]步驟E，在帶有對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記的外延層表面淀積Si02鈍化層。
[0123]首先，設(shè)定PECVD的工藝條件如下:
[0124]生長(zhǎng)溫度為300°C，生長(zhǎng)時(shí)間為500秒；
[0125]比例為4:1的SiH4和C3H8作為反應(yīng)氣體；[Ο126] He作為保護(hù)氣體為；
[0127]反應(yīng)腔體內(nèi)的壓強(qiáng)為600mT;
[0128]然后，用上述PECVD的工藝條件在形成對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記的外延層表面生長(zhǎng)一層厚度為600nm的S12鈍化層；
[0129]最后，將生長(zhǎng)完鈍化層的襯底，放置在氧化爐中致密I小時(shí)。
[0130]步驟F，光刻中間的鈍化層，在外延層表面形成肖特基窗口。
[0131]首先，在鈍化層表面涂0.2μπι厚度的光刻膠并顯影，顯影之后在超純水中沖洗2分鐘，并在氮?dú)夥諊袥_干；
[0132]然后，用光刻膠作為阻擋層在鈍化層中間進(jìn)行反應(yīng)離子刻蝕，刻蝕深度為0.8μπι、刻蝕長(zhǎng)度為5μηι，從而在鈍化層中間形成長(zhǎng)度為5μηι的肖特基窗口，其中反應(yīng)離子刻蝕的工藝條件與實(shí)施例1的步驟6b)相同；
[0133]最后，用剝離液對(duì)器件進(jìn)行有機(jī)清洗，去除殘留的光刻膠。
[0134]步驟G，刻蝕肖特基窗口兩側(cè)的鈍化層，形成雙臺(tái)階鈍化層。
[0135]首先，在肖特基窗口兩側(cè)的鈍化層表面涂0.2μπι厚度的光刻膠并顯影，形成雙臺(tái)階鈍化層圖形區(qū)域，并在超純水中沖洗2分鐘，在氮?dú)夥諊袥_干；
[0136]然后，用光刻膠作為阻擋層，對(duì)雙臺(tái)階圖形區(qū)域進(jìn)行反應(yīng)離子刻蝕，刻蝕深度為300nm，刻蝕后形成兩個(gè)臺(tái)階的厚度自上而下均為300nm的雙臺(tái)階鈍化層，其中反應(yīng)離子刻蝕的工藝條件與實(shí)施例1的步驟7c)相同；
[0137]最后，用剝離液對(duì)器件進(jìn)行有機(jī)清洗，去除殘留的光刻膠。
[0138]步驟H，制備肖特基接觸和雙臺(tái)階場(chǎng)板終端。
[0139]首先，在雙臺(tái)階鈍化層表面和肖特基窗口表面涂光刻膠并顯影，在雙臺(tái)階鈍化層表面形成雙臺(tái)階場(chǎng)板終端的圖形區(qū)域，在肖特基窗口表面形成肖特基接觸的圖形區(qū)域，顯影后在超純水中沖洗2分鐘，并在氮?dú)夥諊袥_干；
[0140]然后，在形成的圖形區(qū)域中電子束蒸發(fā)Ti/Pt金屬，其中金屬Ti的厚度為400nm，金屬Pt的厚度為300nm;蒸發(fā)完金屬后，在肖特基窗口形成肖特基接觸，在雙臺(tái)階鈍化層表面形成雙臺(tái)階金屬場(chǎng)板終端，該雙臺(tái)階金屬場(chǎng)板終端的臺(tái)階厚度自上而下均為300nm ；
[0141]最后，用剝離液對(duì)器件進(jìn)行有機(jī)清洗去除殘留的光刻膠，并用乙醇和丙酮洗凈殘留的剝離液，完成雙臺(tái)階場(chǎng)板終端的4H-SiC肖特基二極管的制作。
[0142]本發(fā)明的效果可以通過(guò)以下仿真結(jié)果進(jìn)一步說(shuō)明:
[0143]仿真I，將常規(guī)場(chǎng)板終端的4H_SiC肖特基二極管的鈍化層厚度從0.Ιμπι增加到2μπι，
仿真其在不同鈍化層厚度下的擊穿電壓，結(jié)果是圖4。
[0144]由圖4可見(jiàn)，當(dāng)鈍化層厚度從0.Ιμπι增加0.3μπι時(shí)，常規(guī)場(chǎng)板終端的二極管擊穿電壓從1100￥增加到1570￥;當(dāng)鈍化層厚度從0.34111增加24111時(shí)，擊穿電壓從1570￥降低到790￥。因此，常規(guī)場(chǎng)板終端器件的最大擊穿電壓對(duì)應(yīng)的鈍化層厚度為0.3μπι，最大擊穿電壓為1570V。
[0145]仿真2，將本發(fā)明雙臺(tái)階場(chǎng)板終端的4H_SiC肖特基二極管的鈍化層厚度從0.Ιμπι增加到2μπι，仿真其在不同鈍化層厚度下的擊穿電壓，結(jié)果是圖5。
[0146]由圖5可見(jiàn)，當(dāng)鈍化層厚度從0.Ιμπι增加0.5μπι時(shí)，雙臺(tái)階場(chǎng)板終端的二極管擊穿電壓從1100V增加到1890V;當(dāng)鈍化層厚度從0.5μπι增加2μπι時(shí)，擊穿電壓從1890V降低到1230V。因此，雙臺(tái)階場(chǎng)板終端器件的最大擊穿電壓對(duì)應(yīng)的鈍化層厚度為0.5μπι，最大擊穿電壓為1890Vο
[0147]仿真3，將本發(fā)明三個(gè)實(shí)施例的不同臺(tái)階厚度作為仿真條件，仿真本發(fā)明雙臺(tái)階場(chǎng)板終端的4H_SiC肖特基二極管在不同臺(tái)階厚度下的反向1-V特性曲線，結(jié)果是圖6，其中圖6(a)是本發(fā)明實(shí)施例1的反向1-V特性曲線；圖6(b)是本發(fā)明實(shí)施例2的反向1-V特性曲線；圖6(c)是本發(fā)明實(shí)施例3的反向1-V特性曲線。
[0148]由圖6(a)可見(jiàn)，實(shí)施例1的擊穿電壓為1880V;
[0149]由圖6(b)可見(jiàn)，實(shí)施例2的擊穿電壓為1890V;
[0150]由圖6(c)可見(jiàn)，實(shí)施例3的擊穿電壓為1870V。
[0151 ]由仿真結(jié)果可知，本發(fā)明雙臺(tái)階場(chǎng)板終端的4H_SiC肖特基二極管滿足擊穿電壓大于1800V的要求。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種雙臺(tái)階場(chǎng)板終端的4H-SiC肖特基二極管，包括N+4H-SiC襯底(I)和同型的N—4H-SiC外延層(2)，4H-SiC襯底(I)背面設(shè)有N型歐姆接觸(3)，4H-SiC外延層(2)的表面兩側(cè)刻蝕有S1gife化層(4)，4H-SiC外延層(2)表面中間設(shè)有金屬場(chǎng)板終端(5)，其特征在于:S12鈍化層(4)和金屬場(chǎng)板終端(5)均為雙臺(tái)階形狀。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的二極管，其特征在于雙臺(tái)階鈍化層(4)的兩個(gè)臺(tái)階，其總厚度為350nm?600nm，且每個(gè)臺(tái)階的厚度在10nm?300nm范圍內(nèi)確定。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的二極管，其特征在于雙臺(tái)階金屬場(chǎng)板終端(5)的兩個(gè)臺(tái)階，其總厚度為350nm?600nm，且每個(gè)臺(tái)階的厚度在10nm?300nm范圍內(nèi)確定。4.一種雙臺(tái)階場(chǎng)板終端結(jié)構(gòu)的4H-SiC肖特基二極管制作方法，包括如下步驟: 1)選取直徑為2英寸的N+4H-SiC襯底進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)RCA清洗； 2)用CVD方法在清洗后的N+4H-SiC襯底正面生長(zhǎng)厚度為10±0.5μm、摻雜濃度為6X115Cnf3 的 4H-SiC 外延層； 3)在清洗后的N+4H-SiC襯底背面電子束蒸發(fā)Ti/Pt金屬形成歐姆接觸，金屬Ti和金屬Pt的厚度均為I OOnm; 4)在外延層表面濕法刻蝕形成對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記； 5)在帶有對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記的外延層表面用PECVD的方法淀積厚度為350nm?600nm的S12鈍化層； 6)用反應(yīng)離子刻蝕的方法刻蝕掉S12鈍化層的中間部分，形成長(zhǎng)度為5μπι的肖特基窗P; 7)刻蝕雙臺(tái)階鈍化層； 7a)在肖特基窗口兩側(cè)的S12鈍化層表面涂光刻膠并顯影，形成雙臺(tái)階鈍化層圖形區(qū)域； 7b)用光刻膠作為阻擋層，對(duì)圖形區(qū)域進(jìn)行深度為10nm?300nm的反應(yīng)離子刻蝕，形成雙臺(tái)階鈍化層，該雙臺(tái)階鈍化層每個(gè)臺(tái)階的厚度為I OOnm?300nm ； 8)制備雙臺(tái)階場(chǎng)板終端和肖特基接觸 8a)在雙臺(tái)階鈍化層和肖特基窗口表面涂光刻膠并顯影，分別形成雙臺(tái)階場(chǎng)板終端的圖形區(qū)域和肖特基接觸的圖形區(qū)域； Sb)在8a)所形成的兩個(gè)圖形區(qū)域中電子束蒸發(fā)Ti/Pt金屬，形成肖特基接觸和雙臺(tái)階場(chǎng)板終端，該雙臺(tái)階場(chǎng)板終端每個(gè)臺(tái)階的厚度與鈍化層的每個(gè)臺(tái)階厚度相同，即每個(gè)臺(tái)階的厚度為100nm?300nmo5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的二極管的制作方法，其中步驟I)中的標(biāo)準(zhǔn)RCA清洗襯底，按如下步驟進(jìn)行: la)將SiC襯底放在鹽酸:雙氧水:去離子水=1:1:5的溶液中清洗，去除SiC片上的活潑金屬、金屬氧化物和氫氧化物等雜質(zhì)； I b)將清洗過(guò)的襯底放在氟化氫:去離子水=1:1O的混合溶液中浸泡30秒，去除Si C片上的自然氧化物，并用氮?dú)獯蹈伞?.根據(jù)權(quán)利要求4所述的二極管的制作方法，其中步驟5)中用PECVD的方法淀積S12鈍化層，其工藝條件如下: 生長(zhǎng)溫度為300 °C，生長(zhǎng)時(shí)間為300?500秒； 反應(yīng)氣體是比例為5:1的SiHjPC3H8; 保護(hù)氣體為氦氣； 反應(yīng)腔體內(nèi)的壓強(qiáng)為500mT。7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的二極管的制作方法，其中步驟6)和步驟7b)中的反應(yīng)離子刻蝕，其工藝條件如下: 反應(yīng)氣體為CFjPO2; 反應(yīng)腔體內(nèi)的壓強(qiáng)為5mT; 反應(yīng)腔體的功率為50W。8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的二極管的制作方法，其中步驟8)中電子束蒸發(fā)的Ti/Pt金屬，其總厚度為400nm?700nm，每層金屬的厚度在200nm?400nm范圍內(nèi)確定。
【文檔編號(hào)】H01L29/872GK106057914SQ201610601388
【公開(kāi)日】2016年10月26日
【申請(qǐng)日】2016年7月27日 公開(kāi)號(hào)201610601388.X, CN 106057914 A, CN 106057914A, CN 201610601388, CN-A-106057914, CN106057914 A, CN106057914A, CN201610601388, CN201610601388.X
【發(fā)明人】劉紅俠, 李偉
【申請(qǐng)人】西安電子科技大學(xué)