基于雙臺階場板終端的4H?SiC肖特基二極管及制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種雙臺階場板終端的4H?SiC肖特基二極管，主要解決傳統場板終端的4H?SiC肖特基二極管擊穿電壓小于1500V的問題。其包括N+ 4H?SiC襯底(1)，N? 4H?SiC外延層(2)，襯底背面設有歐姆接觸(3)，外延層表面兩側設有SiO2鈍化層(4)，外延層表面中間設有金屬場板終端(5)。其特征在于鈍化層(4)和場板終端(5)均為雙臺階形狀，且雙臺階鈍化層和雙臺階場板終端的臺階厚度相同，其總厚度為350nm～600nm。本發明由于將場板終端設為雙臺階形狀，使4H?SiC肖特基二極管的擊穿電壓達到了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。
【專利說明】
基于雙臺階場板終端的4H-S i C肖特基二極管及制作方法
技術領域
[0001]本發明屬于微電子器件技術領域，涉及第三代寬帶隙半導體材料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】
[0002]肖特基二極管由于開關頻率高、正向壓降低、反向擊穿電壓高等優點，作為大功率器件在電力、航空、軍事、通訊、能源等領域中是必不可少的。隨著半導體技術的不斷發展，對肖特基二極管的性能也提出了更高的要求。傳統的硅基肖特基二極管是通過N型Si材料和金、銀、鋁、鉑等貴金屬接觸實現器件的整流特性的。由于硅材料禁帶寬度窄，而且低溫下載流子濃度很高，因此傳統硅基肖特基二極管在低壓時漏電流很高，從而使其過早擊穿;其次，由于硅的熱導率較低，對于更高要求的電網，只能通過串、并聯技術和復雜的電路拓撲結構來實現，這會使制造成本和電路系統的故障點提升。傳統硅基肖特基二極管最大的缺點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早擊穿。但是在實際應用中，特別是一些大功率的電網中，電壓一般達到上千伏，因此傳統的硅基肖特基二極管作為開關器件遠遠不能滿足實際需求。
[0003]自從第三代寬禁帶半導體材料SiC問世以來，使用SiC材料制作的肖特基二極管其性能出現了質的飛躍。由于SiC材料具有禁帶寬度大、臨界擊穿場強高、熱導率高等優點，因此其廣泛應用于大功率器件的制備。自從SiC肖特基二極管2001年進入市場，其反向擊穿電壓和正向導通電流從開始的300V/10A和600V/20A提升到現在的1200V。以這樣的增長速度，可以預見SiC肖特基二極管可以取代硅基肖特基二極管應用在中等功率馬達驅動模塊等電力電子設備中。使用SiC材料制作普通結構的肖特基二極管的技術已經很成熟了，提高這種普通結構器件的擊穿電壓，一般是通過提高漂移區的電阻來實現的，但是這種技術只能將擊穿電壓提高到1000V以內，但是這與大功率要求還有一定的差距。目前，業界提出了相應的終端結構，包括場板、場環、斜角邊緣等。其中場板終端是所有終端中結構最簡單、工藝成本最低的終端結構，因為其只需要在普通的平面結上將金屬接觸延升到兩側的鈍化層表面即可，不需要額外的工藝步驟。圖1是傳統場板終端的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、外延層表面兩側的S12鈍化層、外延層表面中間的金屬場板終端。這種金屬場板終端技術可以降低鈍化層和肖特基接觸邊緣的電場，從而提高擊穿電壓。但傳統場板終端只能將擊穿電壓提高到1500V左右。實際上傳統場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太大，而且肖特基接觸兩側鈍化層電場分布不均勻。因此，需要對傳統的場板終端進行改進，降低肖特基接觸邊緣的電場，并且使鈍化層電場分布更均勻，從而進一步提高器件的擊穿電壓。

【發明內容】

[0004]本發明的目的在于針對上述傳統場板終端的4H_SiC肖特基二極管的不足，提出一種基于雙臺階場板終端的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]本發明的技術思路是在傳統場板終端的4H_SiC肖特基二極管的基礎上，將傳統場板終端改成臺階形狀。為了降低刻蝕工藝的難度，僅僅將鈍化層刻蝕成雙臺階形狀，從而實現雙臺階場板終端的4H-SiC肖特基二極管的制備。將場板改為雙臺階形狀，等效的增加了場板的長度，從而提高了器件的擊穿電壓。此外，將場板終端改為雙臺階形狀，可以降低肖特基接觸邊緣的電場，并且使鈍化層電場分布更均勻，從而提高4H-SiC肖特基二極管的擊穿電壓。
[0006]根據上述思路，本發明的技術方案如下:
[0007]1.一種雙臺階場板終端的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襯底背面設有N型歐姆接觸，4H-SiC外延層表面兩側刻蝕有S12鈍化層，4H-SiC外延層表面中間設有金屬場板終端，其特征在于:Si02鈍化層和金屬場板終端均為雙臺階形狀。
[0008]作為優選，所述雙臺階鈍化層的兩個臺階，其總厚度為350nm?600nm，且每個臺階的厚度在10nm?300nm范圍內確定。
[0009]作為優選，所述雙臺階金屬場板終端的兩個臺階，其總厚度為350nm?600nm，且每個臺階的厚度在10nm?300nm范圍內確定。
[0010]2.一種雙臺階場板終端結構的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襯底進行標準RCA清洗；
[0012]2)用CVD方法在清洗后的N+4H-SiC襯底正面生長厚度為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準標記；
[0015]5)在帶有對準標記的外延層表面用PECVD的方法淀積厚度為350nm?600nm的S12鈍化層；
[0016]6)用反應離子刻蝕的方法刻蝕掉S12鈍化層的中間部分，形成長度為5μηι?ΙΟμ??
的肖特基窗口 ；
[0017]7)刻蝕雙臺階鈍化層；
[0018]7a)在肖特基窗口兩側的S12鈍化層表面涂光刻膠并顯影，形成雙臺階鈍化層圖形區域；
[0019]7b)用光刻膠作為阻擋層，對圖形區域進行深度為10nm?300nm的反應離子刻蝕，形成雙臺階鈍化層，該雙臺階鈍化層每個臺階的厚度為I OOnm?300nm ；
[0020]8)制備雙臺階場板終端和肖特基接觸
[0021]8a)在雙臺階鈍化層和肖特基窗口表面涂光刻膠并顯影，分別形成雙臺階場板終端的圖形區域和肖特基接觸的圖形區域；
[0022]8b)在8a)所形成的兩個圖形區域中電子束蒸發Ti/Pt金屬，形成肖特基接觸和雙臺階場板終端，該雙臺階場板終端每個臺階的厚度與鈍化層的每個臺階厚度相同，即每個臺階的厚度為10nm?300nmo
[0023]本發明與現有技術相比，具有以下優點:
[0024]I)本發明器件由于使用了雙臺階場板終端，與普通場板終端器件相比，不僅等效地增加了場板的長度，提高了擊穿電壓，而且降低了肖特基接觸邊緣的電場，避免了器件的過早擊穿；
[0025]2)本發明器件由于使用了雙臺階鈍化層，與普通鈍化層器件相比，使鈍化層電場分布更均勻，從而避免了漂移區的過早擊穿；
[0026]3)本發明器件由于僅僅使用了場板終端，減少了傳統器件場板和場環結合的工藝步驟，而且不需要制作場環的掩膜版，從而降低了成本；
[0027]4)本發明器件的工藝與普通二極管工藝兼容；
[0028]仿真結果表明，本發明器件使用雙臺階場板終端和雙臺階鈍化層，其擊穿電壓大于 1800V。
【附圖說明】
[0029]圖1是常規場板終端的4H_SiC肖特基二極管結構示意圖；
[0030]圖2是本發明雙臺階場板終端的4H_SiC肖特基二極管結構示意圖；
[0031 ]圖3是制備本發明器件的工藝流程框圖；
[0032]圖4是常規場板終端的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是本發明雙臺階場板終端的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是本發明雙臺階場板終端的4H_SiC肖特基二極管在不同臺階厚度下的反向1-V特性曲線；
【具體實施方式】
[0035]以下結合附圖對本發明的技術方案和效果做進一步詳細描述。
[0036]參照圖2，本發明的器件包括N+4H-SiC襯底1、N—4H-SiC外延層2、N型歐姆接觸3、雙臺階S12鈍化層4、雙臺階金屬場板終端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，設在N+4H-SiC襯底I的正面;N型歐姆接觸3的厚度為200± 1nm，設在襯底I的背面;雙臺階鈍化層4設在外延層2的兩側，兩個臺階的總厚度為350nm?600nm;雙臺階金屬場板終端5設在外延層2的中間，兩個臺階的總厚度為350nm?600nm。雙臺階鈍化層4和雙臺階金屬場板終端5的每個臺階的厚度在10nm?300nm范圍內確定，但是兩個臺階的總厚度不能超過給定的總厚度范圍。
[0037]參照圖3，本發明器件的制備方法給出以下三種實施例:
[0038]實施例1，制作兩個臺階的厚度自上而下分別為10nm和250nm的雙臺階場板終端的4H-SiC肖特基二極管。
[0039]步驟I，選取4H_SiC襯底進行標準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；
[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)用氮氣吹干清洗過的襯底。
[0044]步驟2，在襯底正面生長外延層。
[0045]用CVD的方法在清洗后的SiC襯底正面生長同型的N—外延層，生長的外壓層厚度為10±0.5μπι、摻雜濃度為 6X1015cm—3。
[0046]所述CVD生長外延層，其工藝條件如下:
[0047]生長溫度為1500°C，生長時間為2小時，生長過程中采用的反應氣體為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)用電子束蒸發的方法在清洗后的SiC襯底背面蒸發Ti/Pt金屬，金屬Ti和金屬Pt的厚度均為10nm;
[0050]3b)蒸發完金屬后，將器件放在氮氣氛圍的退火爐中進行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準標記。
[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外延層表面進行濕法刻蝕5分鐘；
[0053]4b)刻蝕后在外壓層表面進行刻套，形成對準標記的圖形區域；
[0054]4c)用電子束蒸發的方法在圖形區域蒸發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的金屬，剝離后將器件浸泡在丙酮中進行超聲波清洗，清洗后并在氮氣氛圍中沖干。
[0056]步驟5，在形成對準標記的外延層表面淀積Si02鈍化層。
[0057]形成對準標記后，用PECVD的方法在外延層表面生長一層S12鈍化層，厚度為350nm。生長完鈍化層后，在氧化爐中致密I小時。
[0058]生長S12鈍化層的工藝條件如下:
[0059]生長溫度為300°C，生長時間為300秒；
[0060]生長過程中的反應氣體為SiH4和C3H8,其中SiH4和C3H8的比例為5:1 ；
[0061]保護氣體為氦氣；
[0062]反應腔體內的壓強為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，并在氮氣氛圍中沖干；
[0065]6b)將光刻膠作為阻擋層，用反應離子刻蝕的方法刻蝕掉中間的S12鈍化層，刻蝕深度為0.55μηι，刻蝕長度均為5μηι，從而形成長度為5μηι的肖特基窗口 ；
[0066]反應離子刻蝕的工藝條件如下:
[0067]反應氣體為CFjPO2;
[0068]反應腔體內的壓強為5mT;
[0069]反應腔體的功率為50W;
[0070]6c)刻蝕后用剝離液對器件進行有機清洗，去除殘留的光刻膠。
[0071 ]步驟7，刻蝕雙臺階鈍化層。
[0072]7a)在肖特基窗口兩側的鈍化層表面涂厚度為0.2μπι的光刻膠并顯影，形成雙臺階鈍化層圖形區域；
[0073]7b)形成圖形區域后，將器件放在超純水中沖洗2分鐘，并在氮氣氛圍中沖干；
[0074]7c)用光刻膠作為阻擋層，對雙臺階圖形區域進行反應離子刻蝕，刻蝕深度為10nm，從而形成兩個臺階的厚度自上而下分別為10nm和250nm的雙臺階鈍化層；
[0075]反應離子刻蝕的工藝條件如下:
[0076]反應氣體為CFjPO2;
[0077]反應腔體內的壓強為5mT;
[0078]反應腔體的功率為50W;
[0079]7d)形成雙臺階鈍化層后，用剝離液對器件進行有機清洗，去除殘留的光刻膠。
[0080]步驟8，制備肖特基接觸和雙臺階場板終端。
[0081]8a)在雙臺階鈍化層表面和肖特基窗口表面涂光刻膠并顯影，在雙臺階鈍化層表面形成雙臺階場板終端的圖形區域，在肖特基窗口表面形成肖特基接觸的圖形區域；
[0082]Sb)形成圖形區域后，將器件放在超純水中沖洗2分鐘，并在氮氣氛圍中沖干；
[0083]8c)在形成的圖形區域中電子束蒸發Ti/Pt金屬，其中金屬Ti的厚度為200nm，金屬Pt的厚度為200nm。蒸發完金屬后，在肖特基窗口形成肖特基接觸，在雙臺階鈍化層表面形成雙臺階金屬場板終端，該雙臺階金屬場板終端的臺階厚度自上而下分別為1 O n m和250nmo
[0084]8d)形成場板終端和肖特基接觸后，用剝離液對器件進行有機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，完成雙臺階場板終端的4H_SiC肖特基二極管的制作。
[0085]實施例2:制作兩個臺階的厚度自上而下分別為3 O O nm和2 O O nm的雙臺階場板終端的4H-SiC肖特基二極管。
[0086]步驟一，選取4H_SiC襯底進行標準RCA清洗。
[0087]本步驟的具體實施與實施例1的步驟I相同。
[0088]步驟二，在襯底正面生長外延層。
[0089]本步驟的具體實施與實施例1的步驟2相同。
[0090]步驟三，在襯底背面制備歐姆接觸。
[0091 ]本步驟的具體實施與實施例1的步驟3相同。
[0092]步驟四，刻蝕外延層表面形成對準標記。
[0093]本步驟的具體實施與實施例1的步驟4相同。
[0094]步驟五，在形成對準標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，在形成準標記的外延層表面生長一層厚度為500nm的S12鈍化層:
[0096]生長溫度為300 °C，生長時間為400秒；
[0097]反應氣體為SiH4和C3H8,其中SiH4和C3H8的比例為5:1 ；
[0098]保護氣體為He;
[0099]反應腔體內的壓強為500mT;
[0100]5.2)將生長完鈍化層的襯底，放置在氧化爐中致密I小時。
[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，并在氮氣氛圍中沖干；
[0103]6.2)用光刻膠作為阻擋層在鈍化層中間進行反應離子刻蝕，刻蝕深度為0.7μπι、刻蝕長度為5μηι，從而在鈍化層中間形成長度為5μηι的肖特基窗口，其中反應離子刻蝕的工藝條件與實施例1的步驟6b)相同；
[0104]6.3)刻蝕后用剝離液對器件進行有機清洗，去除殘留的光刻膠。
[0105]步驟七，刻蝕肖特基窗口兩側的鈍化層，形成雙臺階鈍化層。
[0106]7.1)在肖特基窗口兩側的鈍化層表面涂0.2μπι厚度的光刻膠并顯影，形成雙臺階鈍化層圖形區域，并在超純水中沖洗2分鐘，在氮氣氛圍中沖干；
[0107]7.2)用光刻膠作為阻擋層，對雙臺階圖形區域進行反應離子刻蝕，刻蝕深度為300nm，刻蝕后形成兩個臺階的厚度自上而下分別為300nm和200nm的雙臺階鈍化層，其中反應離子刻蝕的工藝條件與實施例1的步驟7c)相同；
[0108]7.3)形成雙臺階鈍化層之后，用剝離液對器件進行有機清洗，去除殘留的光刻膠。
[0109]步驟八，制備肖特基接觸和雙臺階場板終端。
[0110]8.1)在雙臺階鈍化層表面和肖特基窗口表面涂光刻膠并顯影，在雙臺階鈍化層表面形成雙臺階場板終端的圖形區域，在肖特基窗口表面形成肖特基接觸的圖形區域，顯影后在超純水中沖洗2分鐘，并在氮氣氛圍中沖干；
[0111]8.2)在形成的圖形區域中電子束蒸發Ti/Pt金屬，其中金屬Ti的厚度為250nm，金屬Pt的厚度為350nm。蒸發完金屬后，在肖特基窗口形成肖特基接觸，在雙臺階鈍化層表面形成雙臺階金屬場板終端，該雙臺階金屬場板終端的臺階厚度自上而下分別為3 O O n m和200nm；
[0112]8.3)形成場板終端和肖特基接觸后，用剝離液對器件進行有機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，完成雙臺階場板終端的4H_SiC肖特基二極管的制作。
[0113]實施例3:制作兩個臺階的厚度自上而下分別為300nm的雙臺階場板終端的4H-SiC
肖特基二極管。
[0114]步驟A，選取4H_SiC襯底進行標準RCA清洗。
[0115]本步驟的具體實施與實施例1的步驟I相同。
[0116]步驟B，在襯底正面生長外延層。
[0117]本步驟的具體實施與實施例1的步驟2相同。
[0118]步驟C，在襯底背面制備歐姆接觸。
[0119]本步驟的具體實施與實施例1的步驟3相同。
[0120]步驟D，刻蝕外延層表面形成對準標記。
[0121 ]本步驟的具體實施與實施例1的步驟4相同。
[0122]步驟E，在帶有對準標記的外延層表面淀積Si02鈍化層。
[0123]首先，設定PECVD的工藝條件如下:
[0124]生長溫度為300°C，生長時間為500秒；
[0125]比例為4:1的SiH4和C3H8作為反應氣體；[Ο126] He作為保護氣體為；
[0127]反應腔體內的壓強為600mT;
[0128]然后，用上述PECVD的工藝條件在形成對準標記的外延層表面生長一層厚度為600nm的S12鈍化層；
[0129]最后，將生長完鈍化層的襯底，放置在氧化爐中致密I小時。
[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，并在氮氣氛圍中沖干；
[0132]然后，用光刻膠作為阻擋層在鈍化層中間進行反應離子刻蝕，刻蝕深度為0.8μπι、刻蝕長度為5μηι，從而在鈍化層中間形成長度為5μηι的肖特基窗口，其中反應離子刻蝕的工藝條件與實施例1的步驟6b)相同；
[0133]最后，用剝離液對器件進行有機清洗，去除殘留的光刻膠。
[0134]步驟G，刻蝕肖特基窗口兩側的鈍化層，形成雙臺階鈍化層。
[0135]首先，在肖特基窗口兩側的鈍化層表面涂0.2μπι厚度的光刻膠并顯影，形成雙臺階鈍化層圖形區域，并在超純水中沖洗2分鐘，在氮氣氛圍中沖干；
[0136]然后，用光刻膠作為阻擋層，對雙臺階圖形區域進行反應離子刻蝕，刻蝕深度為300nm，刻蝕后形成兩個臺階的厚度自上而下均為300nm的雙臺階鈍化層，其中反應離子刻蝕的工藝條件與實施例1的步驟7c)相同；
[0137]最后，用剝離液對器件進行有機清洗，去除殘留的光刻膠。
[0138]步驟H，制備肖特基接觸和雙臺階場板終端。
[0139]首先，在雙臺階鈍化層表面和肖特基窗口表面涂光刻膠并顯影，在雙臺階鈍化層表面形成雙臺階場板終端的圖形區域，在肖特基窗口表面形成肖特基接觸的圖形區域，顯影后在超純水中沖洗2分鐘，并在氮氣氛圍中沖干；
[0140]然后，在形成的圖形區域中電子束蒸發Ti/Pt金屬，其中金屬Ti的厚度為400nm，金屬Pt的厚度為300nm;蒸發完金屬后，在肖特基窗口形成肖特基接觸，在雙臺階鈍化層表面形成雙臺階金屬場板終端，該雙臺階金屬場板終端的臺階厚度自上而下均為300nm ；
[0141]最后，用剝離液對器件進行有機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，完成雙臺階場板終端的4H-SiC肖特基二極管的制作。
[0142]本發明的效果可以通過以下仿真結果進一步說明:
[0143]仿真I，將常規場板終端的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，結果是圖4。
[0144]由圖4可見，當鈍化層厚度從0.Ιμπι增加0.3μπι時，常規場板終端的二極管擊穿電壓從1100￥增加到1570￥;當鈍化層厚度從0.34111增加24111時，擊穿電壓從1570￥降低到790￥。因此，常規場板終端器件的最大擊穿電壓對應的鈍化層厚度為0.3μπι，最大擊穿電壓為1570V。
[0145]仿真2，將本發明雙臺階場板終端的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，結果是圖5。
[0146]由圖5可見，當鈍化層厚度從0.Ιμπι增加0.5μπι時，雙臺階場板終端的二極管擊穿電壓從1100V增加到1890V;當鈍化層厚度從0.5μπι增加2μπι時，擊穿電壓從1890V降低到1230V。因此，雙臺階場板終端器件的最大擊穿電壓對應的鈍化層厚度為0.5μπι，最大擊穿電壓為1890Vο
[0147]仿真3，將本發明三個實施例的不同臺階厚度作為仿真條件，仿真本發明雙臺階場板終端的4H_SiC肖特基二極管在不同臺階厚度下的反向1-V特性曲線，結果是圖6，其中圖6(a)是本發明實施例1的反向1-V特性曲線；圖6(b)是本發明實施例2的反向1-V特性曲線；圖6(c)是本發明實施例3的反向1-V特性曲線。
[0148]由圖6(a)可見，實施例1的擊穿電壓為1880V;
[0149]由圖6(b)可見，實施例2的擊穿電壓為1890V;
[0150]由圖6(c)可見，實施例3的擊穿電壓為1870V。
[0151 ]由仿真結果可知，本發明雙臺階場板終端的4H_SiC肖特基二極管滿足擊穿電壓大于1800V的要求。
【主權項】
1.一種雙臺階場板終端的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)背面設有N型歐姆接觸(3)，4H-SiC外延層(2)的表面兩側刻蝕有S1gife化層(4)，4H-SiC外延層(2)表面中間設有金屬場板終端(5)，其特征在于:S12鈍化層(4)和金屬場板終端(5)均為雙臺階形狀。2.根據權利要求1所述的二極管，其特征在于雙臺階鈍化層(4)的兩個臺階，其總厚度為350nm?600nm，且每個臺階的厚度在10nm?300nm范圍內確定。3.根據權利要求1所述的二極管，其特征在于雙臺階金屬場板終端(5)的兩個臺階，其總厚度為350nm?600nm，且每個臺階的厚度在10nm?300nm范圍內確定。4.一種雙臺階場板終端結構的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襯底進行標準RCA清洗； 2)用CVD方法在清洗后的N+4H-SiC襯底正面生長厚度為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準標記； 5)在帶有對準標記的外延層表面用PECVD的方法淀積厚度為350nm?600nm的S12鈍化層； 6)用反應離子刻蝕的方法刻蝕掉S12鈍化層的中間部分，形成長度為5μπι的肖特基窗P; 7)刻蝕雙臺階鈍化層； 7a)在肖特基窗口兩側的S12鈍化層表面涂光刻膠并顯影，形成雙臺階鈍化層圖形區域； 7b)用光刻膠作為阻擋層，對圖形區域進行深度為10nm?300nm的反應離子刻蝕，形成雙臺階鈍化層，該雙臺階鈍化層每個臺階的厚度為I OOnm?300nm ； 8)制備雙臺階場板終端和肖特基接觸 8a)在雙臺階鈍化層和肖特基窗口表面涂光刻膠并顯影，分別形成雙臺階場板終端的圖形區域和肖特基接觸的圖形區域； Sb)在8a)所形成的兩個圖形區域中電子束蒸發Ti/Pt金屬，形成肖特基接觸和雙臺階場板終端，該雙臺階場板終端每個臺階的厚度與鈍化層的每個臺階厚度相同，即每個臺階的厚度為100nm?300nmo5.根據權利要求4所述的二極管的制作方法，其中步驟I)中的標準RCA清洗襯底，按如下步驟進行: 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； I b)將清洗過的襯底放在氟化氫: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，并用氮氣吹干。6.根據權利要求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: 生長溫度為300 °C，生長時間為300?500秒； 反應氣體是比例為5:1的SiHjPC3H8; 保護氣體為氦氣； 反應腔體內的壓強為500mT。7.根據權利要求4所述的二極管的制作方法，其中步驟6)和步驟7b)中的反應離子刻蝕，其工藝條件如下: 反應氣體為CFjPO2; 反應腔體內的壓強為5mT; 反應腔體的功率為50W。8.根據權利要求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范圍內確定。
【文檔編號】H01L29/872GK106057914SQ201610601388
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年7月27日 公開號201610601388.X, CN 106057914 A, CN 106057914A, CN 201610601388, CN-A-106057914, CN106057914 A, CN106057914A, CN201610601388, CN201610601388.X
【發明人】劉紅俠, 李偉
【申請人】西安電子科技大學