一种具有低导通压降的SiC基肖特基器件及其制备方法与流程

第二漂移层，nx第一漂移层的掺杂浓度大于n-第二漂移层的掺杂浓度，n-第二漂移层之内设有p型屏蔽层；其中nx第一漂移层的掺杂浓度自下而上先由低变至高掺杂，后由高变至低掺杂。
8.可选的，所述nx第一漂移层的厚度占比整个漂移层厚度的50-80％。
9.可选的，所述p型屏蔽层设于所述n-第二漂移层的上部，且所述p型屏蔽层的底部与所述n-第二漂移层的底部的间距是n-第二漂移层厚度的50％～90％。
10.可选的，所述nx第一漂移层包括叠设的至少三个掺杂层，且中间的掺杂层的掺杂浓度大于上下两侧的掺杂层的掺杂浓度。
11.可选的，所述中间的掺杂层的厚度占比所述nx第一漂移层厚度的40％～60％。
12.可选的，所述nx第一漂移层由下至上形成渐变掺杂，且掺杂浓度先由低至高，再由高至低。
13.可选的，所述nx第一漂移层的掺杂浓度最高不超过1
×
10
17
cm-3
，最低不少于1
×
10
15
cm-3
；所述n-第二漂移层的掺杂浓度范围为1
×
10
14
～5
×
10
15
cm-3
；所述n+型缓冲层的掺杂浓度范围为1
×
10
18
～1
×
10
19
cm-3
。
14.一种上述具有低导通压降的sic基肖特基器件的制备方法，包括以下步骤：
15.1)于n++型sic衬底基片之上生长n+型缓冲层；
16.2)生长漂移层，首先于n+型缓冲层之上生长掺杂浓度较高的nx第一漂移层，然后于nx第一漂移层上生长掺杂浓度较低的n-第二漂移层；
17.3)通过局部掺杂工艺于n-第二漂移层中制作p型屏蔽层；
18.4)于n++型sic衬底基片背面制作欧姆接触电极；
19.5)于n-第二漂移层上制作肖特基接触电极。
20.可选的，所述步骤2)中，采用化学气相沉积工艺生长所述漂移层，生长温度为1500-1700℃，掺杂源为nh3，通过控制掺杂源流量控制掺杂浓度。
21.可选的，所述nx第一漂移层生长过程中，所述掺杂源的流量阶段式变化或渐变式变化。
22.本发明的有益效果为：
23.(1)基于部分高掺杂的漂移层，使得sic肖特基器件的串联电阻大大降低；
24.(2)采用变掺杂外延结构，主结区域的低掺杂层仍能提高p型屏蔽层的保护作用，降低器件的反向漏电流，提高sic肖特基器件的阻断能力。
25.(3)采用变掺杂外延结构，远离主结区域的高掺杂层可以适当地减小厚度，与传统器件相比进一步降低器件导通压降；
26.(4)采用变掺杂外延结构，靠近缓冲层一侧的掺杂层可以降低缓冲层与外延层界面的电场和碰撞电离率等，减小缺陷扩展的几率。
27.(5)所述的sic肖特基器件，相比于传统的肖特基二极管，具有更高的巴俐加优值和更大的高频开关优值。
附图说明
28.图1本公开提供的一种低导通压降的sic肖特基器件的制备流程图；
29.图2是实施例涉及的sic外延材料基片的结构图；
30.图3是实施例涉及的制成nx第一漂移层31的结构图；
31.图4是实施例涉及的制成n-第二漂移层30的结构图；
32.图5是实施例涉及的制成p型屏蔽层40的结构图；
33.图6是实施例涉及的制成欧姆接触电极50的结构图；
34.图7是实施例涉及的制成肖特基接触电极60的结构图；
35.图8是实施例涉及的制成nx第一漂移层31的结构图；
36.图9是实施例二涉及的制成低导通压降的sic肖特基器件的结构图；
37.图10是实施例二涉及的制成nx第一漂移层31的结构图；
38.图11是实施例二涉及的制成低导通压降的sic肖特基器件的结构图；
39.图12是本发明实施例低导通压降的sic肖特基器件与传统器件的对比效果图。
具体实施方式
40.以下结合附图和具体实施例对本发明做进一步解释。本发明的各附图仅为示意以更容易了解本发明，其具体比例可依照设计需求进行调整。文中所描述的图形中相对元件的上下关系以及正面/背面的定义，在本领域技术人员应能理解是指构件的相对位置而言，因此皆可以翻转而呈现相同的构件，此皆应同属本说明书所揭露的范围。
41.本发明中，提供一种兼具低导通压降和高可靠性的sic肖特基器件结构及制备方法。器件利用变掺杂外延结构，大大降低sic肖特基器件的漂移层电阻，保证器件正向导通时具有低导通压降特性。反向阻断时，相邻p型屏蔽层的自洽屏蔽作用有效保护肖特基接触，使得器件肖特基接触处电场大大降低，雪崩发生在器件体区的pn结处，同时靠近缓冲层一侧的外延层区域的电应力降低，提高了器件的可靠性。所制备的sic肖特基器件具有较低的正向导通压降和较低的反向漏电电流，器件的导通、阻断特性以及稳定性均得到提高。
42.实施例1
43.图1是一种低导通压降的sic肖特基器件的制备方法流程图，包括以下步骤：
44.s1.清洗sic材料基片。
45.s2.生长缓冲层。
46.s3.生长漂移层。
47.s4.制作p型屏蔽层。
48.s5.制作欧姆接触。
49.s6.制作肖特基接触。
50.其中，
51.步骤s1：清洗sic材料基片。所述的sic材料基片包含的n++型sic衬底基片10，对该基片样品进行标准清洗，具体为：
52.a.依次用丙酮和乙醇超声清洗三遍，再用去离子水冲洗。
53.b.将将有机超声后的sic外延材料基片放入放在浓硫酸和双氧水溶液中至少煮10min。
54.c.将煮过浓硫酸的sic外延材料基片依次用一号液和二号液煮15min，再用去离子水冲洗干净后用氮气吹干待用。一号液为氨水、过氧化氢和去离子水的混合液，按体积比氨水︰过氧化氢︰去离子水＝1︰2︰5，二号液为盐酸、过氧化氢和去离子水的混合液，按体积比
盐酸︰过氧化氢︰去离子水＝1︰2︰5。
55.d.将冲洗后的sic外延材料基片放入稀释的氢氟酸(按体积比氟化氢:去离子水＝1:3)内浸泡1min，去除表面的氧化物，并用去离子水清洗，再烘干。
56.步骤s2：生长缓冲层。如图2所示，所述的n+型缓冲层20为同质材料，具体包括：
57.如图2所示，通过物理或者化学气相沉积获得，具体为：利用化学气相沉积或物理气相沉积等方法将同质材料n+型缓冲层20生长到清洗后的sic材料基片的n++型sic衬底基片10之上，生长源为sih4和c2h4，或者其他si源和c源气体，n+型缓冲层20的厚度为0.5-5μm，n+型缓冲层20的生长温度为1500-1700℃，掺杂源为nh3。n+型缓冲层20的掺杂浓度范围为1
×
10
18
～1
×
10
19
cm-3
。
58.步骤s3：生长漂移层。如图3和图4所示，所述的漂移层包含nx第一漂移层31和n-第二漂移层30，所述的nx第一漂移层31和n-第二漂移层30为同质材料，具体包括：
59.a.如图3所示，通过物理或者化学气相沉积获得，具体为：利用化学气相沉积或物理气相沉积等方法将同质材料nx第一漂移层31生长到n+型缓冲层20之上，生长源为sih4和c2h4，或者其他si源和c源气体，掺杂源为nh3，生长温度为1500-1700℃。nx第一漂移层31的厚度占比整个漂移层的厚度为50-80％，举例来说，nx第一漂移层31的厚度为5-8μm。
60.nx第一漂移层31自上而下具有中间部分高掺杂、两边低掺杂的特征，如图8所示，作为举例说明nx第一漂移层31由下至上包含了nx1、nx2和nx3三层结构，nx2层的掺杂浓度大于nx1层和nx3层的掺杂浓度。举例来说，nx2层的掺杂浓度为1
×
10
16
cm-3
～1
×
10
17
cm-3
，厚度为3-4μm；nx1层的掺杂浓度为1
×
10
15
cm-3
～1
×
10
16
cm-3
，厚度为1-2μm；nx3层的掺杂浓度为1
×
10
15
cm-3
～1
×
10
16
cm-3
，厚度为1-2μm。
61.b.如图4所示，通过物理或者化学气相沉积获得，具体为：利用化学气相沉积或物理气相沉积等方法将同质材料n-第二漂移层30生长到nx第一漂移层31之上，生长源为sih4和c2h4，或者其他si源和c源气体，掺杂源为nh3，生长温度为1500-1700℃。n-第二漂移层30的厚度占比整个漂移层的厚度为20-50％。n-第二漂移层30掺杂浓度为1
×
10
14
～5
×
10
15
cm-3
。
62.步骤s4：制作p型屏蔽层40。如图5所示，所述的p型屏蔽层40，周期排列于n-第二漂移层30之内，p型屏蔽层40的底部不超过n-第二漂移层30的底部，即与nx第一漂移层31的顶部保持一定的间距，具体包括：
63.利用化学气相沉积或者物理气相沉积，于n-第二漂移层300上淀积掩膜层，所述的掩膜层可以是sio2或si3n4或多晶硅或金属类物质，利用光刻版a，光刻图形化，形成注入掩膜层，并利用离子注入等掺杂方法，于n-第二漂移层30中制成p型屏蔽层40，所述的p型屏蔽层40周期排列于n-第二漂移层30之内，p型屏蔽层40的底部不超过n-第二漂移层30的底部，即与nx第一漂移层31的顶部保持一定的间距，p型屏蔽层40的掺杂浓度为5
×
10
17
cm-3
～1
×
10
19
cm-3
。p型屏蔽层40底部与n-第二漂移层30底部的距离是n-第二漂移层30厚度的50％～90％。
64.步骤s5：制作欧姆接触，如图6所示，具体包括：
65.a.sic基片正面涂光刻胶保护，并用稀释的hf去除n++型sic衬底基片10背面的氧化层，利用电子束蒸发或溅射等薄膜沉积方法在背面淀积金属层，所述的金属层可以是alti、ni、tiw、alti等金属或它们的组合，制成电极接触，再去除正面光刻胶。
66.b：在900℃～1100℃的温度范围，氮气或者氩气条件退火电极接触，使其形成欧姆接触电极50。
67.步骤s6：制作肖特基接触，如图7所示，具体包括：
68.a.sic基片背面涂光刻胶保护，利用电子束蒸发或溅射等薄膜沉积方法在正面淀积金属层，所述的金属层可以是ti、tial等金属，制成肖特基接触，所述的金属肖特基接触位于n-第二漂移层30和p型屏蔽层40的上表面
69.b.在400～600℃的温度范围，氮气或者氩气条件退火肖特基接触，最终形成肖特基接触电极60。
70.c.光刻图形化，形成正面pad金属层。
71.完成一种兼具低导通压降和高可靠的sic肖特基器件的制备，如图7和9所示。
72.实施例2
73.图1是一种低导通压降的sic肖特基器件的制备方法流程图，包括以下步骤：
74.s1.清洗sic材料基片。
75.s2.生长缓冲层。
76.s3.生长漂移层。
77.s4.制作p型屏蔽层。
78.s5.制作欧姆接触。
79.s6.制作肖特基接触。
80.其中，
81.步骤s1-s2，步骤s4-s6均与实施例1相同，所不同的是：
82.步骤s3：生长漂移层。如图10和图11所示，所述的漂移层包含nx第一漂移层31和n-第二漂移层30，所述的nx第一漂移层31和n-第二漂移层30为同质材料，具体包括：
83.a.如图10所示，通过物理或者化学气相沉积获得，具体为：利用化学气相沉积或物理气相沉积等方法将同质材料nx第一漂移层31生长到n+型缓冲层20之上，生长源为sih4和c2h4，或者其他si源和c源气体，掺杂源为nh3，生长温度为1500-1700℃。nx第一漂移层31自下而上形成了渐变掺杂结构，具体地，nx第一漂移层31自下而上掺杂浓度首先逐渐由低到高，其次逐渐由高到低。举例来说，nx第一漂移层31中间部分的高掺层浓度为1
×
10
16
cm-3
～1
×
10
17
cm-3
，厚度约占nx第一漂移层31总厚度的50％，nx第一漂移层31上下两侧部分的低掺层浓度为1
×
10
15
cm-3
～1
×
10
16
cm-3
，厚度分别约占nx第一漂移层31总厚度的25％。nx第一漂移层31的厚度占比整个漂移层的厚度为50-80％，举例来说nx第一漂移层31的厚度为5-8μm。
84.b.如图11所示，通过物理或者化学气相沉积获得，具体为：利用化学气相沉积或物理气相沉积等方法将同质材料n-第二漂移层30生长到nx第一漂移层31之上，生长源为sih4和c2h4，或者其他si源和c源气体，掺杂源为nh3，生长温度为1500-1700℃。n-第二漂移层30的厚度占比整个漂移层的厚度为20-50％。
85.最后，经过步骤s4-s6，完成一种兼具低导通压降和高可靠性的sic肖特基器件的制备，如图11所示。
86.对比例1
87.对比例1与实施例1的差别在于，漂移层采用均一的掺杂浓度5
×
10
15
cm-3
，厚度为
10μm。
88.参考图12，可见当采用实施例1的nx第一漂移层结构，即中间部分1
×
10
16
cm-3
和两侧5
×
10
15
cm-3
变掺杂结构，导通电流得到显著提升，同时反向阻断时，在主结pn处发生较高的碰撞电离可能性，而靠近n+型缓冲层20一侧的碰撞电离可能性明显降低，从而减小了缓冲层一侧材料缺陷扩展的可能性，提高了器件的长期稳定性。
89.上述实施例仅用来进一步说明本发明的一种具有低导通压降的sic基肖特基器件及其制备方法，但本发明并不局限于实施例，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均落入本发明技术方案的保护范围内。