本发明专利技术公开了一种基于碳化硅的半导体断路开关的制备方法，包括以下步骤：以碳化硅作为N+衬底，在其上依次外延生长掺磷的N基区、掺铝的P基区以及掺硼的重掺杂P+区；在所形成的器件两端分别加工形成阴极电极和阳极电极；采用机械切割斜角的方法执行台面造型和涂胶保护，由此完成半导体断路开关的制备过程；本发明专利技术还公开了采用该方法制得的两种基于碳化硅的半导体断路开关；通过本发明专利技术提供的制备方法所制得的半导体断路开关，其泵浦、关断和开关特征之间具有更大的折衷空间，在降低高重频条件下的散热要求同时提高高温条件下的可靠性。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于半导体开关
，更具体地，涉及一种基于碳化硅的半导体断路 开关及其制备方法。
技术介绍
半导体断路开关SOS (Semiconductor Opening Switch)是一种新型固体开关器 件，最初是1991年俄罗斯电物理所的S. K. Lyubutin等人在利用高压二极管（SDL)作整流 实验时发现的，使具有一定持续时间的正向电流和反向电流（电流密度高达几十kA/cm 2,电 流通过时间为几百个ns)通过p+-p-n-n+结构的半导体，反向电流的衰减时间降到了几十个 ns。这种大电流密度在纳秒级时间内截断的现象被称为S0S效应。基于S0S开关的紧凑型 全固态高重复频率脉冲功率源具有体积小、重量轻、造价低、寿命长等优点，在高重复频率 和高能量传递效率方面有着巨大的发展潜力，相对同等功率水平的以高压气体开关为基础 的脉冲功率源有很大竞争力。 然而，进一步的研究表明，对于基于硅的S0S半导体断路开关而言，其截断阻抗、 截断时间、电压增益、输出脉冲半高宽以及能量传递效率等参数的优化存在局限，栗浦特性 和断态特性之间折中受到硅材料的限制，使得总体性能存在极限，提高栗浦特性会对断态 特性带来损失，而提高断态特性也会对栗浦特性带来损失；在此情况下，在本领域中亟需寻 找更为完善的半导体断路开关及其制备方法，以便解决现有技术的上述问题，获得更高综 合性能的半导体断路开关。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种基于碳化硅的半导体断 路开关及其制备方法，采用碳化硅材料来制作半导体断路开关，提高器件的栗浦、关断和开 关特征之间的折衷空间。 按照本专利技术的一个方面，提供了一种基于碳化硅的半导体断路开关的制备方法， 包括下列步骤： (1)以碳化硅为N+衬底，在N+衬底上外延生长掺磷的N基区，并在N基区上外延 生长掺铝的P基区，获得第一中间件； (2)在该第一中间件的P基区上外延生长掺硼的重掺杂P+区，获得第二中间件； (3)在第二中间件的N+衬底与重掺杂P +区分别镀上金属，获得第三中间件； 将第三中间件置于氮气的氛围环境，在900°C~1050°C温度下退火5min~10min， 形成第四中间件；其中，N +衬底所在端形成欧姆接触电极阴极端，重掺杂P+区所在端形成欧 姆接触电极阳极端； (4)对第四中间件的欧姆接触电极阴极端和欧姆接触电极阳极端进行台面加工， 形成PN结倾斜面，倾斜角为40°~60°正斜角，再利用反应离子刻蚀工艺执行表面处理， 形成台面； (5)在步骤（4)所形成的台面上增加台面保护层；完成基于碳化硅的半导体断路 开关制作。 优选的，步骤（5)中，通过在台面的表面涂上一层硅橡胶并放入125°C中烘干 15min形成台面保护层。 优选地，步骤（1)中，外延生长的环境温度控制在1650°C~1850°C，掺磷的N基 区的掺杂浓度为l〇 14/cm3~10 15/cm3,厚度为10 y m~100 y m ;掺铝的P基区的掺杂浓度为 1016/cm3~10 17/cm3,且以 9*1014/(cm3 ? ym)~9*1015/(cm3 ? ym)的浓度梯度递增生长，厚 度为10 ym~100 ym ;形成第一种结构的第一中间件； 优选地，在步骤（1)中，外延生长的环境温度控制在1650°C~1850°C，掺磷的N基 区的掺杂浓度为 l〇16/cm3~10 17/cm3,且以 9*1014/(cm3 ? ym)~9*1015/(cm3 ? ym)的浓度 梯度递增生长，厚度为l〇ym~lOOym;掺铝的P基区的掺杂浓度为1014/cm 3~1015/cm3， 厚度为10 ym~100 ym ;形成第二种结构的第一中间件； 进一步优选地，步骤（2)中，掺硼的重掺杂P+区的掺杂浓度为1019/cm 3,厚度为 1 U m ~ 5 u m。 进一步优选地，步骤（3)包括如下子步骤： (3. 1)采用缓冲氧化蚀刻剂去除N+衬底和重掺杂P +区表面的自然氧化层，并在真 空环境下，采用磁控溅射法，以300W~450W功率，在N+衬底溅射一层100~200nm的金属 镍； (3. 2)在真空环境下，采用磁控溅射法，以300W~400W功率，在重掺杂P+区依次 派射一层100~150nm的错和一层25~50nm的钦； 采用镍制作阴极端欧姆接触电极，其比接触电阻小于10 6Q ? cm2;采用铝和钛作 阳极端欧姆接触电极，其比接触电阻小于10 ? cm2。 优选的，采用氟化氢溶液作为缓冲氧化蚀刻剂。 优选的，在步骤（3)形成欧姆接触电极之后，在两个欧姆接触电极均溅射一层金 属保护I吴，优选金属错。 进一步优选地，若步骤（1)获得的是第一种结构的第一中间件，则对应的步骤（4) 具体如下： 先采用机械切割成斜角的方法进行台面加工，将整个器件切割穿透，使器件倾斜 面与重掺杂P +区阳极端面呈40°~60°正斜角； 利用反应离子刻蚀工艺执行表面处理，通过控制刻蚀速率和刻蚀环境来控制表面 粗糙度，其中刻蚀功率ICP为400W~500W、偏置功率RF为120W~130W、CF 4/0^比率为 15/22、气压为0. 25Pa、温度T为0°C以及刻蚀时间1000s~2000s，实现优化的终端结构。 进一步优选地，若步骤（1)获得的是第二种结构的第一中间件，则对应的步骤（4) 具体如下： 先采用机械切割成斜角的方法进行台面加工，将PN结切割穿透，使PN结倾斜面与 N+衬底阴极端面呈40°~60°正斜角； 利用反应离子刻蚀工艺执行表面处理，通过控制刻蚀速率和刻蚀环境来控制表面 粗糙度，其中刻蚀功率ICP为400W~500W、偏置功率RF为120W~130W、CF 4/0^比率为 15/22、气压为0. 25Pa、温度T为0°C、刻蚀时间1000s~2000s，实现优化的终端结构。 按照本专利技术的另一方面，提供了一种半导体断路开关，包括阴极端、阳极端，沿着 所述阴极端到所述阳极端的纵向方向依次分布有由碳化硅构成的N +衬底、在该N+衬底上外 延生长的掺磷的N基区、在该N基区上外延生长的掺铝的P基区，以及在该P基区上外延生 长的掺硼的重掺杂P +区。 优选地，上述半导体断路开关的N+衬底的厚度为300 y m~350 y m ;N基区的掺杂 浓度为1〇14~10 15/cm3,厚度为10 ym~100 ym ;P基区的掺杂浓度为1016/cm3~10 17/cm3， 且以9*1014/(cm3.iim)~9*10 15/(cm3.iim)的浓度梯度递增，厚度为10ym~lOOum;重 掺杂P+区的掺杂浓度为10 19/cm3,厚度为1 ym~5 ym，是第一种结构的半导体断路开关。 优选的，上述半导体断路开关的N+衬底的厚度为300 y m~350 y m ;N基区的浓度 为 1016/cm3~10 17/cm3,且以 9*1014/(cm3 ? ym)~9*1015/(cm3 ? ym)的浓度梯度递增，厚度 为10 ym~100 ym ;P基区的掺杂浓度为1014~10 15/cm3,厚度为10 ym~100 ym ;重掺杂 P+区的掺杂浓度为10 19/cm3,厚度为1 ym~5 ym本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于碳化硅的半导体断路开关的制备方法，其特征在于，包括下列步骤：(1)以碳化硅为N+衬底，在N+衬底上外延生长掺磷的N基区，并在所述N基区上外延生长掺铝的P基区，获得第一中间件；(2)在所述第一中间件的P基区上外延生长掺硼的重掺杂P+区，获得第二中间件；(3)在所述第二中间件的N+衬底与重掺杂P+区分别镀上金属，获得第三中间件；将所述第三中间件置于氮气的氛围环境，在900℃～1050℃温度下退火5min～10min，获得第四中间件；其中，N+衬底所在端形成欧姆接触电极阴极端，重掺杂P+区所在端形成欧姆接触电极阳极端；(4)对所述第四中间件的阴极端和阳极端进行台面加工，形成PN结倾斜面，倾斜角为40°～60°，再采用反应离子刻蚀工艺执行表面处理，形成台面；(5)在步骤(4)所形成的台面上增加台面保护层。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：梁琳，舒玉雄，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42
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