一种无注入型终结端结构的SiC肖特基二极管及其制备方法与流程

本发明属于半导体器件领域，具体涉及一种无注入型终结端结构的sic肖特基二极管及其制备方法。

背景技术：

碳化硅(siliconcarbide，简称sic)作为一种宽禁带半导体材料，不但击穿电场强度高、热稳定性好、还具有载流子饱和漂移速度高、热导率高等特点，在高温、高频、大功率器件和集成电路制作领域有着广阔的应用前景。

由于器件在p-n结或者肖特基结的不连续，以及在结的边角存在曲率，从而导致表面电力线密集，结的外边电场强度比体内高等现象，这在碳化硅高压功率器件中尤为值得关注。结终端技术是缓解结外边沿电场集中效应，提高器件击穿电压有效手段。

请参见图1，图1为现有技术提供的一种sic肖特基二极管的截面结构示意图；图中，10为ag接触层；20为ni欧姆接触金属层；30为n型4h-sic衬底；40为n型4h-sic漂移层；50为p型4h-sic终端保护区；60为sio2钝化层；70为ti肖特基接触金属层；80为al接触层；90为聚酰亚胺保护层。在穿通常规结构中，为了防止器件提前击穿、降低反向漏电电流，通常在器件的边缘区域通过高能、高温离子注入形成p型4h-sic终端保护区，并需要在高温(>1600℃)下进行离子激活。但是，该工艺一方面价格昂贵，对生产设备要求较高，另一方面也给样品带来不必要的晶格损伤。

技术实现要素：

因此，为解决现有技术存在的技术缺陷和不足，本发明提出一种无注入型终结端结构的sic肖特基二极管及其制备方法。本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：

本发明的一个实施例提供了一种无注入型终结端结构的sic肖特基二极管制备方法，包括以下步骤：

在4h-sic衬底上面形成4h-sic漂移层；

在所述4h-sic漂移层上形成sio2掺硼乳胶源层；

刻蚀所述sio2掺硼乳胶源层，在所述4h-sic漂移层上保留部分所述sio2掺硼乳胶源层；

在所述sio2掺硼乳胶源层和所述4h-sic漂移层上形成第一钝化层；

在所述4h-sic衬底下面制备欧姆接触金属层；

刻蚀所述第一钝化层和所述sio2掺硼乳胶源层，以漏出部分区域的所述4h-sic漂移层上，在所述4h-sic漂移层上制备肖特基接触金属层；

在所述肖特基接触金属层上形成第一接触；

在所述欧姆接触金属层下面形成第二接触层；

在所述第一钝化层和部分所述第一接触层上形成第二钝化层，以完成所述sic肖特基二极管的制备。

在本发明的一个实施例中，在4h-sic衬底上面形成4h-sic漂移层，包括：

在所述4h-sic衬底上面形成厚度为10～30μm、掺杂离子为n离子、掺杂浓度为5×10¹⁴cm^-3～1×10¹⁶cm^-3的n型所述4h-sic漂移层。

在本发明的一个实施例中，在所述4h-sic漂移层上形成sio2掺硼乳胶源层，包括：

采用旋涂工艺，在所述4h-sic漂移层上形成sio2掺硼乳胶源层；

在反应温度为1000℃，反应气体为n2的条件下，进行扩散退火处理。

在本发明的一个实施例中，在所述sio2掺硼乳胶源层和所述4h-sic漂移层上形成第一钝化层，包括：

采用化学气相沉积工艺，在反应温度为700℃，反应压强为600mtorr的条件下，在所述sio2掺硼乳胶源层和所述4h-sic漂移层上形成第一钝化层。

在本发明的一个实施例中，所述第一钝化层为sio2钝化层。

在本发明的一个实施例中，所述第二钝化层为聚酰亚胺钝化层。

在本发明的一个实施例中，所述第一接触层为al接触层。

在本发明的一个实施例中，所述第二接触层为ag接触层。

本发明的另一个实施例提供了一种无注入型终结端结构的sic肖特基二极管，所述肖特基二极管由上述实施例中任一所述的方法制备形成。

本发明的又一个实施例提供了一种无注入型终结端结构的sic肖特基二极管，包括：第二接触层、欧姆接触金属层、4h-sic衬底、4h-sic漂移层、sio2掺硼乳胶源、肖特基接触金属层、第一接触层、第一钝化层、第二钝化层；

所述4h-sic漂移层、所述4h-sic衬底、所述欧姆接触金属层自上而下依次层叠于所述第二接触层上；

所述sio2掺硼乳胶源、所述肖特基接触金属层分别位于所述4h-sic漂移层上；

所述第一钝化层位于所述4h-sic漂移层以及所述sio2掺硼乳胶源上；

所述第二钝化层位于部分所述第一接触层以及所述第一钝化层上。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

1、本发明采用sio2掺硼乳胶源+扩散退火的方式，即采用无注入型终端结构制备sic肖特基二极管，避免了离子注入给二极管带来的晶格损伤；

2、本发明制备的sic肖特基二极管，降低了对于生产设备的要求，节省了经济成本。

附图说明

图1为现有技术提供的一种sic肖特基二极管的截面结构示意图；

图2为本发明实施例提供的一种无注入型终结端结构的sic肖特基二极管制备方法的流程示意图；

图3为本发明实施例提供的一种无注入型终结端结构的sic肖特基二极管的截面结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明做进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例一：

请参见图2，图2为本发明实施例提供的一种无注入型终结端结构的sic肖特基二极管制备方法的流程示意图。

本发明实施例提供了一种适用于sic功率器件的无注入型结终端结构制备方法，具体包括以下步骤：

步骤1：在4h-sic衬底上面形成4h-sic漂移层。

在4h-sic衬底上面生长厚度为10～30μm、掺杂离子为n离子、掺杂浓度为5×10¹⁴cm^-3～1×10¹⁶cm^-3的n型4h-sic漂移层。

需要说明的是，在生长4h-sic漂移层之前，还需要对4h-sic衬底进行标准rca清洗，清洗的目的是为了去除4h-sic衬底上的自然氧化物以及其他杂质。

步骤2：在4h-sic漂移层上形成sio2掺硼乳胶源层。

具体地，步骤2包括以下步骤：

步骤21：采用旋涂工艺，在4h-sic漂移层上形成sio2掺硼乳胶源层。

步骤22：在形成sio2掺硼乳胶源层之后，在反应温度为1000℃，反应气体为n2的条件下，对整个样品进行扩散退火处理。

需要说明的是，sio2掺硼乳胶源是带电荷的，可以调制终端区的电场，而随后进行扩散退火处理，可以在4h-sic漂移层表面形成薄层正电荷区，可以防止制备的肖特基二极管提前击穿、同时降低反向漏电电流。

步骤3：刻蚀sio2掺硼乳胶源层，在4h-sic漂移层上保留部分所述sio2掺硼乳胶源层。

具体地，光刻所述sio2掺硼乳胶源层的部分区域，然后进一步刻蚀到所述4h-sic漂移层上，在4h-sic漂移层上保留部分所述sio2掺硼乳胶源层。

进一步地，部分区域的形状如图3所示，其形状由若干并行的条状结构组成，条状结构之间的间距为2μm～3μm；条状结构的宽度为5μm(即图3中的d)。

具体地，可以根据不同需要进行不同图形的刻蚀，本发明实施例在此不作限定。

需要说明的是，该步骤的目的是为了进一步使得制备的肖特基二极管的终端区的电场相对平滑，防止提前击穿。

步骤4：在sio2掺硼乳胶源层和4h-sic漂移层上形成第一钝化层。

进一步地，第一钝化层为sio2钝化层。

进一步地，采用化学气相沉积工艺，在反应压强为600mtorr，反应温度为700℃的条件下，在sio2掺硼乳胶源层和4h-sic漂移层上形成sio2钝化层。

步骤5：在4h-sic衬底下面制备欧姆接触金属层。

进一步地，利用磁控溅射或者电子束蒸发工艺，在反应温度为1000℃，反应时间为3min的条件下，在4h-sic衬底下面形成ni欧姆接触金属层，其中，ni欧姆接触金属层的厚度优选为200nm。

步骤6：刻蚀第一钝化层和sio2掺硼乳胶源层，以漏出部分区域的4h-sic漂移层，在4h-sic漂移层上制备肖特基接触金属层。

进一步地，刻蚀第一钝化层和sio2掺硼乳胶源层，以漏出部分区域的4h-sic漂移层，利用磁控溅射或者电子束蒸发工艺，在4h-sic漂移层上制备ti肖特基接触金属层。

进一步地，ti肖特基金属层的制备可以包括以下步骤：

步骤61：在sio2钝化层上光刻肖特基接触区域。

首先，将样品放在200℃的热板上烘烤5min；然后，在sio2钝化层上进行光刻胶的涂胶和甩胶，甩胶转速为3500r/min，并将样品放在90℃的热板上烘烤1min；接着，将样品放入光刻机中，通过已制定版图光刻定义肖特基接触区域，对sio2钝化层上的光刻胶进行曝光；最后，将完成曝光后的样品放入显影液中以移除肖特基接触区域内的光刻胶，并对其进行超纯水冲洗和氮气吹干；

步骤62：蒸镀肖特基金属。

将完成光刻的样品放入磁控溅射镀膜机中，待真空度达到后，开始蒸镀肖特基金属ti；

步骤63：剥离金属及退火，完成肖特基接触金属的制备。

将完成镀膜后的样品在丙酮中浸泡至少40min，进行超声处理；然后将样品放入温度为60℃的剥离液中水浴加热5min；接着，将样品依次放入丙酮溶液和乙醇溶液中超声清洗3min；最后，用超纯水冲洗样品并用氮气吹干；最后，将样品放入快速退火炉中，向退火炉中通入10min氮气，再在氮气气氛中将退火炉温度设为450℃，进行3min的快速热退火，以使肖特基接触区域上的肖特基金属下沉，从而形成肖特基接触金属与n型4h-sic漂移层的欧姆接触，完成肖特基接触的制作。

进一步地，ti肖特基接触金属层的厚度优选为300nm。

步骤7：在肖特基接触金属层上形成第一接触层。

进一步地，第一接触层为al接触层。

进一步地，利用电子束蒸发工艺，在肖特基接触金属层上形成al接触层，

具体地，将样品放入电子束蒸发台中，待电子束蒸发台的反应腔室真空度达到2×10-6torr后，在肖特基接触金属层上蒸发al，形成al接触层。

步骤8：在欧姆接触金属层下面形成第二接触层。

进一步地，第二接触层为ag接触层。

进一步地，利用电子束蒸发工艺，在欧姆接触金属层下面形成ag接触层。

具体地：将样品放入电子束蒸发台中，待电子束蒸发台的反应腔室真空度达到2×10^-6torr后，在欧姆接触金属层下面蒸发ag，形成ag接触层。

步骤9：在所述第一钝化层和部分所述第一接触层上形成第二钝化层，以完成sic肖特基二极管的制备。

进一步地，所述第二钝化层为聚酰亚胺钝化层。

具体地，在sio2钝化层以及部分al接触层上旋涂聚酰亚胺，形成聚酰亚胺钝化层，完成sic肖特基二极管的制备。

请参见图3，图3为本发明实施例提供的一种无注入型终结端结构的sic肖特基二极管的截面结构示意图。本发明实施例还提供了一种无注入型终结端结构的sic肖特基二极管。sic肖特基二极管包括：ag接触层1、ni欧姆接触金属层2、4h-sic衬底3、4h-sic漂移层4、sio2掺硼乳胶源层5、ti肖特基接触金属层6、al接触层7、sio2钝化层8、聚酰亚胺钝化层9；

4h-sic漂移层4、4h-sic衬底3、欧姆接触金属层2自上而下依次位于ag接触层1上；

sio2掺硼乳胶源5、肖特基接触金属层6分别位于4h-sic漂移层4上；

al接触层7位于肖特基接触金属层6上；

sio2钝化层8位于4h-sic漂移层4以及sio2掺硼乳胶源5上；

聚酰亚胺钝化层9位于部分al接触层7以及sio2钝化层8上。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、本发明采用sio2掺硼乳胶源+扩散退火的方式，即采用无注入型终端结构制备sic肖特基二极管，避免了离子注入给二极管带来的晶格损伤；

2、本发明制备的sic肖特基二极管，降低了对于生产设备的要求，节省了经济成本。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。