一种碳化硅超结二极管及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种碳化硅超结二极管及其制备方法，所述制备方法包括在碳化硅衬底的正面形成外延薄膜，并采用高温高能离子注入方法向外延薄膜的上表面注入离子，形成超结结构；分别在外延薄膜的上表面和碳化硅衬底的背面淀积金属，形成第一金属电极和第二金属电极。与现有技术相比，本发明专利技术提供的一种碳化硅超结二极管及其制备方法，通过增加超结结构可以使碳化硅超结二极管的耐压能力只与其外延薄膜相关，与外延薄膜的掺杂浓度无关，可以通过提高外延薄膜的掺杂浓度及引入空穴的方法降低碳化硅超结二极管导通的通态电阻。

A SiC super junction diode and its preparation method

The invention provides a silicon carbide super junction diode and its preparation method. The preparation method includes the formation of an epitaxial film on the front of the silicon carbide substrate and the injection of ions on the upper surface of the epitaxial film by high temperature and high energy ion implantation, and form a super junction structure, respectively, on the upper surface of the extrapolation film and the silicon carbide substrate, respectively. The backside deposits metal to form the first metal electrode and the second metal electrode. Compared with the existing technology, the present invention provides a silicon carbide superjunction diode and its preparation method. By increasing the superjunction structure, the pressure resistance of the SiC superjunction diode can only be related to the epitaxial film. The doping concentration of the epitaxial film is independent, and the doping concentration and the cavitation can be improved by increasing the doping concentration of the epitaxial film. Methods to reduce the on state resistance of silicon carbide super junction diode.

【技术实现步骤摘要】
一种碳化硅超结二极管及其制备方法
本专利技术涉及半导体器件
，具体涉及一种碳化硅超结二极管及其制备方法。
技术介绍
碳化硅材料具有宽带隙，高击穿场强，高热导率，高饱和电子迁移速率，以及极好的物理化学稳定性等特性，适用于高温，高频，大功率和极端环境下工作。碳化硅二极管包括单极型器件和双极型器件两大类，单极型器件指的是在工作状态下只有一种载流子导电的器件，如肖特基二极管和结势垒肖特基二极管；双极型器件指的是在工作状态下有两种载流子导电的器件，如PiN二极管。单极型器件开启电压小，但是制备高压器件时，漂移层厚度随之增加，导致通态电阻增大，器件通态损耗较大；双极型器件具有少子的电导调制效应可以降低通态电阻，但是由于碳化硅的PN结自建电势差较大，开启电压高达3V，同样导致了较大的通态损耗。
技术实现思路
为了满足克服现有技术的缺陷，本专利技术提供了一种碳化硅超结二极管及其制备方法。第一方面，本专利技术中一种碳化硅超结二极管的制备方法的技术方案是：所述制备方法包括：在碳化硅衬底的正面形成外延薄膜，并采用高温高能离子注入方法向所述外延薄膜的上表面注入离子，形成超结结构；分别在所述外延薄膜的上表面和碳化硅衬底的背面淀积金属，形成第一金属电极和第二金属电极。进一步地，本专利技术提供的一个优选技术方案为：所述采用高温高能离子注入方法向外延薄膜的上表面注入离子之前包括：采用RCA标准清洗法对所述碳化硅衬底和外延薄膜进行清洗；在所述清洗后的外延薄膜的上表面形成离子注入掩膜层；在所述离子注入掩膜层的上表面形成离子注入窗口，并通过所述离子注入窗口向外延薄膜注入离子。进一步地，本专利技术提供的一个优选技术方案为：所述采用高温高能离子注入方法向外延薄膜的上表面注入离子包括：采用单步离子注入法或多步离子注入法向外延薄膜注入离子。进一步地，本专利技术提供的一个优选技术方案为：所述高温高能离子注入方法的温度为0～1000℃，离子注入能量为1kev～500MeV，离子注入剂量为1×1010-1×1016(atom/cm-2)。第二方面，本专利技术中一种碳化硅超结二极管的技术方案是：所述碳化硅超结二极管包括：碳化硅衬底；外延薄膜，其设置在所述碳化硅衬底的正面；超结结构，其设置在所述外延薄膜内；所述超结结构为通过高温高能离子注入方法向所述外延薄膜的上表面注入离子形成的超结结构；第一金属电极，其设置在所述外延薄膜的上表面；第二金属电极，其设置在所述碳化硅衬底的背面。进一步地，本专利技术提供的一个优选技术方案为：所述碳化硅衬底为n型或p型碳化硅，所述碳化硅为4H-SiC或6H-SiC；所述外延薄膜的厚度为0.1μm-500μm，其掺杂浓度为1×1013-1×1021cm-3；所述超结结构的掺杂离子为氮离子、磷离子、铝离子或硼离子，所述掺杂离子的浓度为1×1010-1×1016cm-2。进一步地，本专利技术提供的一个优选技术方案为：所述碳化硅超结二极管还包括离子注入掩膜层，其设置在所述外延薄膜的上表面；所述离子注入掩膜层包括离子注入窗口。进一步地，本专利技术提供的一个优选技术方案为：所述离子注入掩膜层为由硅、硅氧化合物、硅氮化合物或金属构成的单层薄膜层；或者，所述离子注入掩膜层为由硅、硅氧化合物、硅氮化合物和金属中至少两种材料构成的多层薄膜层；所述多层薄膜层中各薄膜层的厚度均为0.001～200μm。进一步地，本专利技术提供的一个优选技术方案为：所述离子注入窗口为叉指结构或平行长条状或圆环形或方形，所述平行长条状包括多个平行的长方形；或者，所述离子注入窗口为包含所述叉指结构、平行长条状、圆环形和方形中至少两种形状的组合图形。所述离子注入窗口的长、宽或半径为0.01μm～50cm；进一步地，本专利技术提供的一个优选技术方案为：所述碳化硅超结二极管为碳化硅肖特基二极管、碳化硅结势垒肖特基二极管、碳化硅混合PN结肖特基二极管或碳化硅混合PiN结肖特基二极管。与最接近的现有技术相比，本专利技术的有益效果是：1、本专利技术提供的一种碳化硅超结二极管的制备方法，采用高能高温离子注入法向外延薄膜注入离子可以形成超结结构，通过增加超结结构可以使碳化硅超结二极管的耐压能力只与其外延薄膜相关，与外延薄膜的掺杂浓度无关，可以通过提高外延薄膜的掺杂浓度及引入空穴的方法降低碳化硅超结二极管导通的通态电阻。2、本专利技术提供的一种碳化硅超结二极管，其包括超结结构，而超结结构可以使碳化硅超结二极管的耐压能力只与其外延薄膜相关，与外延薄膜的掺杂浓度无关，因此可以通过提高外延薄膜的掺杂浓度及引入空穴的方法降低碳化硅超结二极管导通的通态电阻。附图说明图1：本专利技术实施例中一种碳化硅超结二极管的制备方法实施流程图；图2：本专利技术实施例中外延薄膜示意图；图3：本专利技术实施例中离子注入掩膜层示意图；图4：本专利技术实施例中离子注入窗口示意图；图5：本专利技术实施例中超结结构示意图；图6：本专利技术实施例中碳化硅超结二极管横截面示意图；图7：本专利技术实施例中超结结构的掺杂离子浓度分布示意图；其中，11：碳化硅衬底；12：外延薄膜；13：离子注入掩膜层；14：包含离子注入窗口的离子注入掩膜层；15：超结结构；16：第一金属电极；17：第二金属电极。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地说明，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。下面分别结合附图，对本专利技术实施例提供的一种碳化硅超结二极管的制备方法进行说明。图1为本专利技术实施例中一种碳化硅超结二极管的制备方法实施流程图，如图所示，本实施例可以按照下述步骤制备碳化硅超结二极管，具体为：步骤S101：在碳化硅衬底的正面形成外延薄膜，并采用高温高能离子注入方法向所述外延薄膜的上表面注入离子，形成超结结构。步骤S102：分别在外延薄膜的上表面和碳化硅衬底的背面淀积金属，形成第一金属电极和第二金属电极。本实施例中采用高能高温离子注入法向外延薄膜注入离子可以形成超结结构，通过增加超结结构可以使碳化硅超结二极管的耐压能力只与其外延薄膜相关，与外延薄膜的掺杂浓度无关，可以通过提高外延薄膜的掺杂浓度及引入空穴的方法降低碳化硅超结二极管导通的通态电阻。进一步地，本实施例中步骤S101还可以包括下述步骤，具体为：1、在碳化硅衬底的正面形成外延薄膜之后，采用RCA标准清洗法对碳化硅衬底和外延薄膜进行清洗。下面对RCA标准清洗法进行简单说明，具体为：(1)配置清洗溶液。其中，本实施例中采用氢氟酸HF和蒸馏水H2O的混合溶液，氢氟酸HF和蒸馏水H2O的比例为1:10。(2)用步骤(1)配置的清洗溶液清洗样品支架并吹干，将碳化硅样品固定在支架上。(3)配置3#溶液，将固定有碳化硅样品的支架放在250℃的3#溶液中清洗15min，清洗结束之后用热水冲洗支架。其中，3#溶液为硫酸和双氧水的混合溶液，硫酸和双氧水H2O2的比例为3:1。(4)配置1#溶液，将1#溶液加热至75～85℃并持续10～20min后，将固定有碳化硅样品的支架放在1#溶液中清洗10～20min，清洗结束之后用热水冲洗支架。其中，1#溶液为氨水、双本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种碳化硅超结二极管的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：在碳化硅衬底的正面形成外延薄膜，并采用高温高能离子注入方法向所述外延薄膜的上表面注入离子，形成超结结构；分别在所述外延薄膜的上表面和碳化硅衬底的背面淀积金属，形成第一金属电极和第二金属电极。

【技术特征摘要】
1.一种碳化硅超结二极管的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：在碳化硅衬底的正面形成外延薄膜，并采用高温高能离子注入方法向所述外延薄膜的上表面注入离子，形成超结结构；分别在所述外延薄膜的上表面和碳化硅衬底的背面淀积金属，形成第一金属电极和第二金属电极。2.如权利要求1所述的一种碳化硅超结二极管的制备方法，其特征在于，所述采用高温高能离子注入方法向外延薄膜的上表面注入离子之前包括：采用RCA标准清洗法对所述碳化硅衬底和外延薄膜进行清洗；在所述清洗后的外延薄膜的上表面形成离子注入掩膜层；在所述离子注入掩膜层的上表面形成离子注入窗口，并通过所述离子注入窗口向外延薄膜注入离子。3.如权利要求1所述的一种碳化硅超结二极管的制备方法，其特征在于，所述采用高温高能离子注入方法向外延薄膜的上表面注入离子包括：采用单步离子注入法或多步离子注入法向外延薄膜注入离子。4.如权利要求1所述的一种碳化硅超结二极管的制备方法，其特征在于，所述高温高能离子注入方法的温度为0～1000℃，离子注入能量为1kev～500MeV，离子注入剂量为1×1010-1×1016(atom/cm-2)。5.一种碳化硅超结二极管，其特征在于，所述碳化硅超结二极管包括：碳化硅衬底；外延薄膜，其设置在所述碳化硅衬底的正面；超结结构，其设置在所述外延薄膜内；所述超结结构为通过高温高能离子注入方法向所述外延薄膜的上表面注入离子形成的超结结构；第一金属电极，其设置在所述外延薄膜的上表面；第二金属电极，其设置在所...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑柳，杨霏，刘瑞，李永平，吴昊，张文婷，王嘉铭，钮应喜，田红林，焦倩倩，
申请(专利权)人：全球能源互联网研究院，国家电网公司，国网山东省电力公司，
类型：发明
国别省市：北京,11