一种SiC雪崩光电二极管及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种SiC雪崩光电二极管，所述SiC雪崩光电二极管的结终端结构为非线性倾斜的台面；所述台面的斜面与衬底平面之间的夹角由台面的底部至顶部逐渐增大；所述斜面与衬底平面之间的夹角在台面的底部为30‑60°，在台面的顶部为60‑90°；本发明专利技术还公开了本发明专利技术的SiC雪崩光电二极管的制备方法。本发明专利技术的SiC雪崩光电二极管采用多次刻蚀形成非线性倾斜的台面，并通过工艺的优化改善了斜面的表面质量和形貌，可有效避免台面顶部和斜面处漏电导致的低雪崩耐量现象的发生。

SiC avalanche photodiode and preparation method thereof

The invention discloses a SiC avalanche photodiode junction termination structure the SiC avalanche photodiode for nonlinear tilt table; the table from the bottom to the top angle between the plane and the plane of the substrate surface increases gradually; the angle between the plane and the plane of the substrate at the bottom of the table top 30 60 at the top of the mesa, 60 90 degrees; the invention also discloses a preparation method of SiC avalanche photodiode of the invention. SiC avalanche photo diode of the invention adopts multiple etching to form nonlinear inclined surface, and improve the quality of the surface morphology and surface through process optimization, which can effectively avoid the occurrence of the table top and inclined plane leakage leads to a low avalanche tolerance phenomenon.

【技术实现步骤摘要】
一种SiC雪崩光电二极管及其制备方法
本专利技术涉及一种SiC雪崩光电二极管及其制备方法。
技术介绍
SiC是一种宽禁带材料，禁带宽度大于3eV，对应于紫外光谱。SiC雪崩光电二极管因为低暗电流，高的雪崩效应，具有非常高的电流增益，可以被用于探测单光子。因此，SiC雪崩光电二极管是一种非常好的单光子紫外光探测器。同时，APD二极管加低压偏置的情况下，是一种非常好的紫外光电二极管。SiC雪崩光电的探测波长范围为280nm附近，处于日盲区，在民用、军用等多方面具有非常重要的应用价值。目前，SiC雪崩光电二极管一般都是台面结构，如图1所示；利用线性倾斜的台面作为结终端结构，结构简单；正斜面的结终端可以有效降低器件边缘电场集中现象，得到很低的暗电流和非常高的雪崩电流。但是这种结构也存在一些问题，由于刻蚀引起台面侧壁的缺陷较多，以及台面顶部、底部的电场容易集中，往往容易造成台面侧壁引起的漏电和顶部、底部引起的提前击穿和雪崩耐量小现象，影响器件的电流增益和探测效率。
技术实现思路
针对现有技术中存在的问题，本专利技术的目的在于提供一种SiC雪崩光电二极管，其采用了非线性倾斜的斜面，并通过工艺的优化改善了斜面的表面质量和形貌，最终避免了台面顶部和斜面处漏电导致的低雪崩耐量现象的发生。本专利技术的另一目的在于提供一种制备本专利技术中SiC雪崩光电二极管的方法。为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种SiC雪崩光电二极管，所述SiC雪崩光电二极管的结终端结构为非线性倾斜的台面；所述台面的斜面与衬底平面之间的夹角由台面的底部至顶部逐渐增大；所述斜面与衬底平面之间的夹角在台面的底部为30-60°，在台面的顶部为60-90°。进一步，所述SiC雪崩光电二极管采用外延结构的pn二极管，所述外延结构为n++/n-/p+/buffer/n+sub或p++/p-/n+/buffer/n+sub；n+sub是指材料最下层的SiC衬底。进一步，所述台面的深度为刻蚀掉全部的n-或p-漂移层，过刻蚀进入p+或n+层。进一步，当所述外延结构为n++/n-/p+/buffer/n+sub时，n++层掺杂浓度为1E19cm-3-1E20cm-3，厚度为100-300nm；n-层掺杂浓度为3E15-3E16cm-3，厚度为1000nm；p+层掺杂浓度为5E18-5E19cm-3，厚度为300-500nm；buffer层掺杂浓度可为1E18cm-3，厚度为1000nm。一种制备SiC雪崩光电二极管的方法，所述方法包括如下步骤：1)在SiC雪崩光电二极管的外延结构上淀积介质掩膜；然后对介质掩膜进行光刻、刻蚀，得到带有一定倾角的掩膜层；2)使用ICP方法进行刻蚀，先使用选择比较低的条件进行刻蚀，得到台面的斜面与衬底平面之间较小的夹角；然后逐渐改变工艺条件，增大选择比，直至完成台面的刻蚀；3)对步骤2)中完成刻蚀的台面进行高温退火处理，高温退火前用碳膜对材料表面进行保护；4)用氧气或氮气等离子体去除步骤3)中的碳膜层，然后再进行牺牲氧化，氧化后用HF或BOE腐蚀去除台面表面的损伤层；5)采用热氧化的方法对台面进行钝化，之后在NO或N2O的气氛中进行退火；6)淀积厚的钝化层进行钝化保护，去除台面顶部电极窗口、入射窗口和底部电极窗口的介质，然后淀积抗反射层介质；7)在台面顶部和底部的电极窗口处分别淀积欧姆接触金属，并进行退火形成欧姆接触；欧姆接触完成后在窗口上做上互联金属。进一步，步骤2)中台面的深度需要刻蚀掉全部的n-或p-漂移层，过刻蚀进入p+或n+层。进一步，步骤2)中所述选择比的改变次数不小于两次。进一步，步骤3)中高温退火的温度在1700℃以上，时间为3min-30min；步骤4)中牺牲氧化的氧化厚度在10-50nm之间，氧化的方式可以为干氧氧化或湿氧氧化。进一步，步骤5)中热氧化的氧化温度在1200℃-1500℃之间，采用干氧氧化。本专利技术具有以下有益技术效果：本专利技术的SiC雪崩光电二极采用了非线性倾斜的斜面，并通过工艺的优化改善了斜面的表面质量和形貌，最终避免了台面顶部和斜面处漏电导致的低雪崩耐量现象的发生。附图说明图1为现有技术中SiC雪崩光电二极管结构的结构示意图；图2为本专利技术的SiC雪崩光电二极管结构的结构示意图；图3为本专利技术实施例的SiC雪崩光电二极管的外延结构的结构示意图；图4为本专利技术实施例的SiC雪崩光电二极管制备过程中得到掩膜层后的结构示意图；图5为本专利技术实施例的SiC雪崩光电二极管制备过程中刻蚀、高温退火处理后的结构示意图；图6为本专利技术实施例的SiC雪崩光电二极管制备过程中热氧化后的结构示意图；图7为本专利技术实施例的SiC雪崩光电二极管制备过程中开窗后的结构示意图；图8为本专利技术实施例的SiC雪崩光电二极管制备完成后的结构示意图。具体实施方式下面，参考附图，对本专利技术进行更全面的说明，附图中示出了本专利技术的示例性实施例。然而，本专利技术可以体现为多种不同形式，并不应理解为局限于这里叙述的示例性实施例。而是，提供这些实施例，从而使本专利技术全面和完整，并将本专利技术的范围完全地传达给本领域的普通技术人员。如图2所示，本专利技术提供了一种SiC雪崩光电二极管，该SiC雪崩光电二极管的结终端结构为非线性倾斜的台面；台面的斜面与衬底平面之间的夹角由台面的底部至顶部逐渐增大；斜面与衬底平面之间的夹角在台面的底部为30-60°，在台面的顶部为60-90°。SiC雪崩光电二极管采用外延结构的pn二极管，外延结构为n++/n-/p+/buffer/n+sub或p++/p-/n+/buffer/n+sub；n+sub是指材料最下层的SiC衬底。一般选用导电型衬底，质量高，费用低。台面的深度为刻蚀掉全部的n-或p-漂移层，过刻蚀进入p+或n+层。当所述外延结构为n++/n-/p+/buffer/n+sub时，n++层掺杂浓度为1E19cm-3-1E20cm-3，厚度为100-300nm；n-层掺杂浓度为3E15-3E16cm-3，厚度为1000nm；p+层掺杂浓度为5E18-5E19cm-3，厚度为300-500nm；buffer层掺杂浓度可为1E18cm-3，厚度为1000nm。其中p+层浓度可以是非均匀的，如在靠近表面欧姆接触的区域浓度可以比其他区域更高，利于形成更好的欧姆接触本专利技术还提供了一种制备SiC雪崩光电二极管的方法，该方法包括：1)在SiC雪崩光电二极管的外延结构上淀积介质掩膜；然后对介质掩膜进行光刻、刻蚀，得到带有一定倾角的掩膜层；2)使用ICP方法进行刻蚀，先使用选择比较低的条件进行刻蚀，得到台面的斜面与衬底平面之间较小的夹角；然后逐渐改变工艺条件，增大选择比，直至完成台面的刻蚀；3)对步骤2)中完成刻蚀的台面进行高温退火处理，高温退火前用碳膜对材料表面进行保护；高温退火处理可以使刻蚀引起的斜面或底部的粗糙部分变得平滑，消除刻蚀产生的各种缺陷和表面的粗糙。4)用氧气或氮气等离子体去除步骤3)中的碳膜层，然后再进行牺牲氧化，氧化后用HF或BOE腐蚀去除台面表面的损伤层；5)采用热氧化的方法对台面进行钝化，之后在NO或N2O的气氛中进行退火；热氧化层可以很好的对表面进行钝化保护，特别是对刻蚀形成的台面侧壁，减少由于表面过多的界面陷阱引起的漏电流。6)淀积厚的钝化层本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种SiC雪崩光电二极管，其特征在于，所述SiC雪崩光电二极管的结终端结构为非线性倾斜的台面；所述台面的斜面与衬底平面之间的夹角由台面的底部至顶部逐渐增大；所述斜面与衬底平面之间的夹角在台面的底部为30‑60°，在台面的顶部为60‑90°。

【技术特征摘要】
1.一种SiC雪崩光电二极管，其特征在于，所述SiC雪崩光电二极管的结终端结构为非线性倾斜的台面；所述台面的斜面与衬底平面之间的夹角由台面的底部至顶部逐渐增大；所述斜面与衬底平面之间的夹角在台面的底部为30-60°，在台面的顶部为60-90°。2.根据权利要求1所述的SiC雪崩光电二极管，其特征在于，所述SiC雪崩光电二极管采用外延结构的pn二极管，所述外延结构为n++/n-/p+/buffer/n+sub或p++/p-/n+/buffer/n+sub；n+sub是指材料最下层的SiC衬底。3.根据权利要求1所述的SiC雪崩光电二极管，其特征在于，所述台面的深度为刻蚀掉全部的n-或p-漂移层，过刻蚀进入p+或n+层。4.根据权利要求1所述的SiC雪崩光电二极管，其特征在于，当所述外延结构为n++/n-/p+/buffer/n+sub时，n++层掺杂浓度为1E19cm-3-1E20cm-3，厚度为100-300nm；n-层掺杂浓度为3E15-3E16cm-3，厚度为1000nm；p+层掺杂浓度为5E18-5E19cm-3，厚度为300-500nm；buffer层掺杂浓度可为1E18cm-3，厚度为1000nm。5.一种制备权利要求1-4任一所述的SiC雪崩光电二极管的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：1)在SiC雪崩光电二极管的外延结构上淀积介质掩膜；然后对介质掩膜进行光刻、刻蚀，得到带有一定倾角的掩膜层；2)使用ICP方...

【专利技术属性】
技术研发人员：倪炜江，
申请(专利权)人：北京世纪金光半导体有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11