基于三台阶场板终端的4H‑SiC肖特基二极管及制作方法技术

本发明专利技术公开了一种三台阶场板终端的4H‑SiC肖特基二极管，主要解决传统场板终端的4H‑SiC肖特基二极管击穿电压小于1500V的问题。其包括N

Methods 4H SiC Schottky diode and three step field plate terminal based on

The invention discloses a three step field plate terminal 4H SiC Schottky diodes, which mainly solves the plate terminal 4H SiC Schottky diode breakdown voltage is less than the traditional field 1500V. It includes N

【技术实现步骤摘要】
基于三台阶场板终端的4H-SiC肖特基二极管及制作方法
本专利技术属于半导体器件
，涉及宽禁带半导体材料4H-SiC的高压肖特基二极管，可用于大功率集成电路的制备。
技术介绍
作为第三代半导体材料的SiC具有禁带宽度大、电子饱和速度大、临界击穿电场高等优点，因此广泛的应用在大功率器件中。由于肖特基二极管具有较低的通态压降和较高的反向击穿电压，使其成为功率电子应用中备受关注的单极器件。肖特基二极管是通过在金属和轻掺杂漂移区之间的电气非线性接触形成的二极管。传统的硅基肖特基二极管受限于硅材料禁带宽度窄，低温下载流子浓度很高，因此较高的漏电流造成器件的提前击穿。目前市场上硅基肖特基二极管的击穿电压只有几百伏；其次，由于硅的热导率较低，对于更高要求的电网，只能通过串、并联技术和复杂的电路拓扑结构来实现，这会使制造成本和电路系统的故障点提升。因此，硅基肖特基二极管很难满足电力电子系统中的大功率要求。而SiC材料弥补了上述硅材料的缺点，使其击穿特性较硅基器件有了很大的提升。自从SiC肖特基二极管2001年进入市场，其反向击穿电压和正向导通电流从开始的300V/10A和600V/20A提升到现在的1200V。以这样的增长速度，可以预见SiC肖特基二极管可以取代硅基双极型晶体管应用在中等功率马达驱动模块等电力电子设备中。但是，传统的SiC肖特基二极管只能通过提高漂移区电阻来增加击穿电压，这种方法只能将击穿电压提高在1000V以内，这与理想的SiC材料的击穿电压有很大的差别，因此在工艺允许的情况下寻求新的器件结构来提高其击穿电压是很有必要的。目前，业界提出了相应的终端结构，包括场板、场环、斜角边缘等。其中场板终端是所有终端中最简单、工艺成本最低的终端结构，因为其只需要在普通的平面结上将金属接触延升到两侧的钝化层表面即可，不需要额外的工艺步骤。图1是传统场板终端的4H-SiC肖特基二极管，该二极管自下而上包括：欧姆接触、N+4H-SiC衬底、N-4H-SiC外延层、外延层表面两侧的SiO2钝化层、外延层表面中间的金属场板终端。这种传统场板终端技术实际上是在肖特基接触两侧的钝化层表面加了一层金属，这可以降低肖特基接触边缘的电场，从而提高击穿电压。但传统场板终端只能将击穿电压提高到1500V左右，与理论值2300V还有一定的差距。因此，需要对普通的场板终端进行改进，使接触边缘的电场尽可能降低，从而使击穿电压提高到2000V以上。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对上述现有的场板终端结构的肖特基二极管的不足，提出一种基于三台阶场板终端的4H-SiC肖特基二极管及制作方法，以使4H-SiC肖特基二极管的反向击穿电压提高到2000V以上。本专利技术的技术思路是在传统的场板终端肖特基二极管的基础上，将其场板改进成三台阶的形状来提高肖特基二极管的反向击穿电压。将场板终端改进为三台阶形状，相当于增加了场板的长度，这与传统场板长度对击穿电压的影响相同，随着场板长度的增加，击穿电压增加。其次，将场板终端改进为三台阶形状，可以使钝化层电场分布均匀，从而避免漂移区的过早击穿。根据上述思路，本专利技术的技术方案如下：1.一种三台阶场板终端结构的4H-SiC肖特基二极管，包括N+4H-SiC衬底和同型的N-4H-SiC外延层，4H-SiC衬底背面设有N型欧姆接触，4H-SiC外延层正面两侧刻蚀有SiO2钝化层，4H-SiC外延层正面中间设有金属场板终端，其特征在于：SiO2钝化层和金属场板终端均为三台阶形状。作为优选，所述三台阶钝化层的三个台阶，其总厚度为400nm～600nm，且每个台阶的厚度在50nm～200nm范围内确定。作为优选，所述三台阶金属场板终端的三个台阶，其总厚度为400nm～600nm，且每个台阶的厚度在50nm～200nm范围内确定。2.一种台阶场板终端结构的4H-SiC肖特基二极管制作方法，包括如下步骤：1)选用2英寸的N+4H-SiC衬底进行标准RCA清洗；2)在清洗后的N+4H-SiC衬底正面通过CVD方法生长厚度为10±0.5μm、掺杂浓度为6×1015cm-3的4H-SiC外延层；3)在清洗后的N+4H-SiC衬底背面电子束蒸发Ti/Al/Pt金属形成欧姆接触，其厚度分别为50nm，100nm，50nm；4)在外延层表面涂光刻胶并显影，用光刻胶作为阻挡层对外延层湿法刻蚀形成对准标记；5)在外延层表面采用PECVD的方法淀积厚度为400nm～600nm的SiO2钝化层，其反应气体为SiH4和甲烷C3H8，保护气体为He，生长时间为300s～500s；6)在中间的SiO2钝化层表面涂光刻胶并进行反应离子刻蚀，形成长度为6um的肖特基窗口；7)刻蚀三台阶钝化层：7a)在两侧靠近肖特基窗口处的SiO2钝化层表面涂光刻胶进行第一次反应离子刻蚀，形成每个台阶厚度为50nm～200nm的双台阶钝化层，并用剥离液进行有机清洗，去除残留的光刻胶；7b)在步骤7a)形成的双台阶SiO2钝化层表面涂光刻胶并对下台阶进行第二次反应离子刻蚀，形成每个台阶厚度为50nm～200nm的三台阶钝化层，并用剥离液进行有机清洗，去除残留的光刻胶；8)在肖特基窗口和三台阶钝化层表面电子束蒸发Ti/Ni/Pt金属，三层金属的总厚度为500nm～700nm，每层金属的厚度在100nm～300nm范围内确定，蒸发完金属后形成肖特基接触和三台阶场板终端，该三台阶场板终端每个台阶的厚度与钝化层的每个台阶厚度相同，即每个台阶的厚度为50nm～200nm。本专利技术与现有技术相比，具有以下优点：1)本专利技术器件由于使用了三台阶场板终端，与普通场板终端器件相比，降低了肖特基接触边缘的电场，从而提高了器件的击穿电压；2)本专利技术器件由于使用了三台阶钝化层，与普通钝化层的器件相比，使钝化层电场分布均匀，从而避免了漂移区的过早击穿；3)本专利技术器件仅仅采用场板终端工艺，与传统的场板和场环结合的工艺相比，减少了工艺步骤，并且不需要制作场环的掩膜版，从而降低了成本；4)本专利技术器件的工艺与普通二极管工艺兼容；仿真结果表明，本专利技术器件使用三台阶场板终端和三台阶钝化层，其击穿电压大于2000V。附图说明图1是常规场板终端的4H-SiC肖特基二极管结构示意图；图2是本专利技术三台阶场板终端的4H-SiC肖特基二极管结构示意图；图3是制备本专利技术器件的工艺流程框图；图4是常规场板终端的4H-SiC肖特基二极管在不同钝化层厚度下的击穿电压图；图5是本专利技术三台阶场板终端的4H-SiC肖特基二极管在不同钝化层厚度下的击穿电压图；图6是本专利技术三台阶场板终端的4H-SiC肖特基二极管在不同台阶厚度下的反向I-V特性曲线；具体实施方式以下结合附图对本专利技术的技术方案和效果做进一步详细描述。参照图2，本专利技术的器件包括N+4H-SiC衬底1、N-4H-SiC外延层2、N型欧姆接触3、三台阶SiO2钝化层4、三台阶金属场板终端5。衬底1的直径为2英寸；外延层2设在衬底1的正面，其厚度为10±0.5μm；N型欧姆接触3设在衬底1的背面，其厚度为200±10nm；三台阶钝化层4设在外延层2的两侧，三个台阶的总厚度为400nm～600nm；三台阶金属场板终端5设在外延层2的中间，三个台阶的总厚度为400nm～600nm。三台阶钝本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种三台阶场板终端结构的4H‑SiC肖特基二极管，包括N

【技术特征摘要】
1.一种三台阶场板终端结构的4H-SiC肖特基二极管，包括N+4H-SiC衬底(1)和同型的N-4H-SiC外延层(2)，4H-SiC衬底(1)背面设有N型欧姆接触(3)，4H-SiC外延层(2)表面两侧刻蚀有SiO2钝化层(4)，4H-SiC外延层(2)表面中间设有金属场板终端(5)，其特征在于：SiO2钝化层(4)和金属场板终端(5)均为三台阶形状。2.根据权利要求1所述的二极管，其特征在于三台阶钝化层(4)的三个台阶，其总厚度为400nm～600nm，且每个台阶的厚度在50nm～200nm范围内确定。3.根据权利要求1所述的二极管，其特征在于三台阶金属场板终端(5)的三个台阶，其总厚度为400nm～600nm，且每个台阶的厚度在50nm～200nm范围内确定。4.一种三台阶场板终端结构的4H-SiC肖特基二极管制作方法，包括如下步骤：1)选用2英寸的N+4H-SiC衬底进行标准RCA清洗；2)在清洗后的N+4H-SiC衬底正面通过CVD方法生长厚度为10±0.5μm、掺杂浓度为6×1015cm-3的4H-SiC外延层；3)在清洗后的N+4H-SiC衬底背面电子束蒸发Ti/Al/Pt金属形成欧姆接触，其厚度分别为50nm，100nm，50nm；4)在外延层表面涂光刻胶并显影，用光刻胶作为阻挡层对外延层湿法刻蚀形成对准标记；5)在外延层表面采用PECVD的方法淀积厚度为400nm～600nm的SiO2钝化层，其反应气体为SiH4和甲烷C3...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘红侠，李伟，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61