專利名稱：4H-SiC PN穿通型二極管器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種4H-SiC PN穿通型二極管器件。
背景技術(shù)：
碳化硅(SiC)材料是典型的第三代寬禁帶化合物半導體材料，以硅(Si)為代表的 第一代半導體材料和以砷化鎵(GaAs)為代表的第二代半導體材料具有許多的優(yōu)點，如碳 化硅材料具有較大的禁帶寬度和高的電場強度，可在更高溫度下工作，同時有助于高壓大 電流電力半導體器件的研制；又如碳化硅材料具有較大的飽和漂移速度和遷移率，又為制 備快速高頻半導體器件提供了良好的條件。目前，碳化硅(SiC)器件的研制已經(jīng)成為國內(nèi) 外半導體器件電路的研究熱點，其前景非常誘人。在電力電子技術(shù)系統(tǒng)中，一個良好的整流器(二極管)需要具有承受大導通正向 電流、高擊穿電壓及高開關(guān)速度，而4H-SiC PiN 二極管半導體器件則能很好的滿足上述要 求。(4H代表碳化硅半導體材料的晶體結(jié)構(gòu)類型，其中，4代表一個堆朵周期中包含的雙原 子層的數(shù)目；H代表六方體結(jié)構(gòu)，是英文字母Hexagonal的縮寫。PiN表示半導體二極管器 件內(nèi)部結(jié)構(gòu)類型，具體指穿通型PN結(jié))結(jié)邊界終端對于一個高壓4H_SiC PiN 二極管器件而言是十分重要的，否則因為 邊界處的電場強度集中效應(yīng)，器件在未達到器件本身體內(nèi)的擊穿電壓之前，就會在器件PN 結(jié)邊界處發(fā)生提前擊穿，因而不能達到器件本身體內(nèi)的理想擊穿電壓。因此在高壓4H-SiC PiN 二極管半導體器件的研制中，此器件結(jié)邊界終端保護就顯得十分必要，而現(xiàn)有高壓 4H-SiCPiN 二極管器件的結(jié)邊界終端設(shè)計還沒有達到預(yù)期的技術(shù)指標。

實用新型內(nèi)容本實用新型要解決技術(shù)問題是提供一種4H_SiC PN穿通型二極管器件，該4H_SiC PN穿通型二極管器件的反向耐壓高，正向電流與電壓之間特性好，實用價值高。本實用新型為解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是一種4H-SiC PN穿通型二極管器件，N型歐姆接觸層、N+4H_SiC襯底、N_4H_SiC外 延層、P+區(qū)域?qū)雍蚉型歐姆接觸層依次層疊連接形成4H-SiC PN穿通型二極管器件本體，N 型歐姆接觸層和P型歐姆接觸層分別與陰極和陽極相接。N-4H-SiC外延層上表面的邊緣區(qū)域還設(shè)有SW2絕緣層。本實用新型的有益效果本實用新型的4H_SiC PN穿通型二極管器件，采用了 N型歐姆接觸層、N+4H_SiC襯 底、N_4H-SiC外延層、P+區(qū)域?qū)雍蚉型歐姆接觸層依次層疊的結(jié)構(gòu)，且N_4H-SiC外延層上表 面的邊緣區(qū)域還設(shè)有S^2絕緣層，不但歐姆接觸良好，而且器件本身與外界的絕緣性能良 好，P型歐姆接觸層作為阻擋層，因此，本實用新型的4H-SiC PN穿通型二極管器件具有耐 反向高壓以及正向電流與電壓之間特性好的特性。實驗表明，反向耐壓高達1400V。
圖1為實施例1的結(jié)構(gòu)示意圖。標號說明1-陽極，2-陰極，3-P型歐姆接觸層，4-N型歐姆接觸層。P+區(qū)域?qū)印?br> 具體實施方式

以下結(jié)合附圖和具體實施例對本實用新型作進一步說明實施例1 如圖1所示，一種4H_SiC PN穿通型二極管器件，N型歐姆接觸層、N+4H_SiC襯底、 N_4H-SiC外延層、P+區(qū)域?qū)雍蚉型歐姆接觸層依次層疊連接形成4H-SiC PN穿通型二極管 器件本體，N型歐姆接觸層和P型歐姆接觸層分別與陰極和陽極相接。N_4H-SiC外延層上 表面的邊緣區(qū)域還設(shè)有S^2絕緣層。圖中N+4H-SiC襯底厚度為400 μ m，濃度為IXlO19nT3 ；N_4H_SiC外延層厚度為 12 μ m，濃度為9X IO15CnT3 ；P+深度為0. 3 μ m，濃度為1 X 1019cm_3 ；器件的寬度(即圖1中的 N+4H-SiC襯底的寬度)為280 μ m。借助所制作的區(qū)域，SiO2絕緣層，其厚度約為400nm。其 中，P+，F(xiàn), N+和N—分別表示半導體高空穴濃度、低空穴濃度、高電子濃度和低電子濃度。制備上述器件工藝如下(1)購置CREE公司提供的N+4H_SiC襯底生長N_4H_SiC外延片；(2)通過清洗光刻形成圖形區(qū)域，利用金屬濺射在基片的陽極面(正面)形成一層 金屬鋁Al，用來作為離子注入時的阻擋層。通過刻蝕金屬鋁形成所需要的阻擋層圖形。圖 形空白區(qū)域是后續(xù)工藝中的離子注入位置，金屬鋁作為沒有選擇注入部分的阻擋層。實際 中，采用1.6μπι的鋁層。C3)P+區(qū)域?qū)拥闹苽洳扇′X離子注入的工藝獲得。注入的濃度隨注入深度是 正態(tài)分布，采取多次離子注入確保所注入的P+區(qū)域?qū)訚舛确植季鶆?。注入目標濃?是IXlO19cnT3，考慮注入離子激活率，三次注入的能量和劑量分別為第一次，550KeV， 8 X IO15CnT3 ；第二次，300KeV，8X1014cnT3 ；第一次，50KeV，1 X 1014cnT3。(4)注入鋁離子的激活需要在1580°C高溫下退火30分鐘。(5)通過LPCVD工藝生長一層厚度約為400nm的SW2保護絕緣層。(6)如圖1中所示，襯底背面需要制作N型歐姆接觸。歐姆接觸的金屬通過濺射 方法在襯底背面依次形成鈦/鎳/鉬結(jié)構(gòu)。第一層鈦的厚度為40nm ；第二層鎳的厚度為 500nm ；第三層鉬的厚度為60nm。在1000°C高溫下退火5分鐘，可獲得良好的歐姆接觸。(7)如圖1中所示，正面需要制作P+型歐姆接觸及場板。首先經(jīng)過光刻形成歐姆 接觸和場板區(qū)域的圖形。金屬通過濺射方法在此器件正面依次形成鎳/鋁結(jié)構(gòu)。第一層鎳 的厚度約50nm ；第二層鋁的厚度約400nm。在850°C高溫下退火3分鐘，可獲得良好的歐姆 接觸。通過上述測量所得到的此高壓4H_SiC PiN二極管的正反向特性，其反向耐壓高達 1400V，正向電流與電壓之間特性較好?？梢宰C明高壓4H-SiC PiN 二極管器件的結(jié)構(gòu)參數(shù) 和工藝制備方法切實可行，具有很高的實用價值。
權(quán)利要求1.一種4H-SiC PN穿通型二極管器件，其特征在于，N型歐姆接觸層、N+4H-SiC襯底、 N_4H-SiC外延層、P+區(qū)域?qū)雍蚉型歐姆接觸層依次層疊連接形成4H-SiC PN穿通型二極管 器件本體，N型歐姆接觸層和P型歐姆接觸層分別與陰極和陽極相接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的4H-SiCPN穿通型二極管器件，其特征在于，N_4H-SiC外延 層上表面的邊緣區(qū)域還設(shè)有S^2絕緣層。
專利摘要本實用新型公開了一種4H-SiC PN穿通型二極管器件，其特征在于，N型歐姆接觸層、N+4H-SiC襯底、N-4H-SiC外延層、P+區(qū)域?qū)雍蚉型歐姆接觸層依次層疊連接形成4H-SiC PN穿通型二極管器件本體，N型歐姆接觸層和P型歐姆接觸層分別與陰極和陽極相接。該4H-SiC PN穿通型二極管器件的反向耐壓高，正向電流與電壓之間特性好，實用價值高。
文檔編號H01L29/06GK201918392SQ20102066286
公開日2011年8月3日 申請日期2010年12月5日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月5日
發(fā)明者張發(fā)生 申請人:中南林業(yè)科技大學