一种大尺寸台面结构的碳化硅PiN二极管及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种大尺寸台面结构的碳化硅PiN二极管及其制备方法，制备方法包括：在第一掺杂类型衬底上生长第一掺杂类型层；在第一掺杂类型层的表面生长第二掺杂类型层；在第二掺杂类型层的表面注入形成额外的第二掺杂类型层；在器件边缘通过刻蚀形成台阶，台阶深度大于第二掺杂类型层厚度；对第一掺杂类型衬底进行减薄；分别形成阳极电极和阴极电极。本发明专利技术采用台面结构，避免了对精细线条的光刻要求；通过在第二掺杂类型层上注入第二类型杂质离子并进行高温退火激活，避免了由于第二掺杂类型层上孔洞等类型材料缺陷引起的芯片漏电；通过采用条状或者网状结构欧姆接触，降低了芯片阳极金属对入射的光信号和高能离子的阻挡。

A Silicon Carbide PiN Diode with Large Mesa Structure and Its Preparation Method

The invention discloses a silicon carbide PiN diode with large mesa structure and a preparation method thereof. The preparation methods include: growing a first doped type layer on the first doped type substrate; growing a second doped type layer on the surface of the first doped type layer; forming an additional second doped type layer on the surface of the second doped type layer; forming a stage by etching on the edge of the device. The depth of the step is greater than the thickness of the second doping type layer, the first doping type substrate is thinned, and the anode and cathode electrodes are formed respectively. The invention adopts a mesa structure to avoid the lithography requirement for fine lines; by injecting the second type impurity ion into the second doped type layer and activating it by high temperature annealing, the leakage of the chip caused by the defects of the second doped type layer such as holes and other types of materials is avoided; by adopting ohmic contact with strip or mesh structure, the incident light of the chip anode metal is reduced. Signal and blocking of energetic ions.

【技术实现步骤摘要】
一种大尺寸台面结构的碳化硅PiN二极管及其制备方法
本专利技术涉及半导体器件领域，特别是一种大尺寸台面结构的碳化硅PiN二极管及其制备方法。
技术介绍
在核科学研究和空间探测等领域，探测器得到了广泛的应用。到目前为止，各种应用的核辐射探测器种类很多，工作原理也不尽相同。从种类上将探测器分为径迹探测器、气体探测器、闪烁探测器和半导体探测器。与目前普遍采用的气体探测器相比，半导体探测器具有能量分辨率高、时间响应快、线性范围宽、体积小、工作电压较低等优点。但是，常规的Si(或Ge)半导体探测器有以下难以克服的缺点：对辐射损伤灵敏，受一定强度粒子辐照后性能逐渐变差甚至失效；探测器一般在室温或低温条件下工作，无法胜任在高温条件下的测量工作；探测器工作电压相对较低，容易被击穿。SiC的击穿电场比硅高一个量级，因此SiC器件的电压阻断层可以有较小的厚度和更高掺杂浓度，对于相同有源层厚度SiC电子器件具有更高的工作电压和更低的泄漏电流，从而实现更高探测精度。SiC的禁带宽度将近是硅的3倍，室温下达3.2eV，使SiC器件可以在250℃～600℃的工作温度下保持良好的器件特性。SiC器件的最高工作温度在500℃以上，而硅器件的最高工作温度只有150℃，砷化镓器件的最高工作温度也不到250℃。另外，SiC具有更高的临界移位能(45～90eV)，这使得SiC具有高抗电磁波冲击和高抗辐射破坏的能力，SiC核探测器可以工作于更高的辐照剂量。可用马赛克拼接集成的方式获得灵敏面积较大的SiC探测器芯片，但其制作工艺中需解决拼接时单个管芯裸露侧壁的保护问题，而且拼接的多个芯片之间的间隙对探测器关键参数有不利影响，因此有必要开发大面积探测器芯片的制作方法。碳化硅PiN二极管的制作通常采用步进式光刻机，以形成终端保护结构所需精细的离子注入掩膜图形，而步进式光刻机的曝光范围一般通过较小，难以满足大尺寸芯片地制作要求。目前SiC外延材料仍然具有较高的缺陷密度，难以获得大面积无缺陷区域，空洞等缺陷会导致pn结漏电。为了方便电极的引出，芯片的阳极通常采用较厚的金属层，该金属层对入射的光子或离子具有较强的阻挡能力。光子或高能离子可能穿透芯片的外延层，被很厚的衬底俘获，产生的电信号可能会干扰外延层的探测功能。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种大尺寸台面结构的碳化硅PiN二极管及其制备方法，通过结构的改进，可以提高探测器的灵敏度和工作效率，使得所专利技术的大尺寸碳化硅PiN二极管，能够用于高能粒子以及紫外探测等领域。实现本专利技术目的的技术方案为：一种大尺寸台面结构的碳化硅PiN二极管，包括第一掺杂类型衬底、生长在第一掺杂类型衬底表面的第一掺杂类型层、生长在第一掺杂类型层表面的第二掺杂类型层，在第二掺杂类型层的表面注入形成额外的第二掺杂类型层；器件边缘通过刻蚀形成台阶，台阶深度大于第二掺杂类型层厚度；第二掺杂类型层表面制备有阳极电极，第一掺杂类型衬底底部制备有阴极电极，器件上表面设置钝化介质，所述钝化介质不覆盖阳极电极。一种大尺寸台面结构的碳化硅PiN二极管的制备方法，包括以下步骤：在第一掺杂类型衬底上生长第一掺杂类型层；在第一掺杂类型层的表面生长第二掺杂类型层；在第二掺杂类型层的表面注入形成额外的第二掺杂类型层；在器件边缘通过刻蚀形成台阶，台阶深度大于第二掺杂类型层厚度；对第一掺杂类型衬底进行减薄；分别形成阳极电极和阴极电极，器件表面形成钝化介质。与现有技术相比，本专利技术的显著优点为：(1)在第二掺杂类型层的表面进行额外的离子注入并进行高温激活退火，形成额外的第二掺杂类型层，可以避免由于第二掺杂类型层上孔洞等类型材料缺陷引起的芯片漏电；(2)在器件的边缘进行刻蚀，形成台阶终端，这避免了传统终端，如浮空场限环等对精细线条的要求；(3)阳极欧姆接触为条状或者网状结构，仅覆盖芯片台面上局部区域，这降低了芯片阳极金属对入射的光信号和高能离子的阻挡，提高了探测器的效率。(4)通过对第一掺杂类型衬底的减薄，可以降低由于投射光子及高能离子在衬底中产生的噪声信号，提高探测器的灵敏度。附图说明图1为生长第一掺杂类型层示意图。图2为生长第二掺杂类型层示意图。图3为注入形成额外的第二掺杂类型层示意图。图4为器件边缘刻蚀形成台阶示意图。图5为器件表面形成阳极电极和阴极电极示意图。图6为制备完成的大尺寸台面结构的碳化硅PiN二极管结构示意图。具体实施方式一种大尺寸台面结构的碳化硅PiN二极管，包括第一掺杂类型衬底4、生长在第一掺杂类型衬底4表面的第一掺杂类型层3、生长在第一掺杂类型层3表面的第二掺杂类型层21，在第二掺杂类型层21的表面注入形成额外的第二掺杂类型层22；器件边缘通过刻蚀形成台阶，台阶深度大于第二掺杂类型层21厚度，即第二掺杂类型层21表面高于周边的第一掺杂类型层3表面；第二掺杂类型层21表面制备有阳极电极1，第一掺杂类型衬底4底部制备有阴极电极5，器件上表面设置钝化介质6，所述钝化介质6不覆盖阳极电极1。阳极电极1为条状或者网状结构，阳极电极1仅覆盖台面区域。所述钝化介质6为SiO2。如图1-图6所示，本专利技术还提供一种大尺寸台面结构的碳化硅PiN二极管的制备方法，包括以下步骤：在第一掺杂类型衬底4上生长第一掺杂类型层3；在第一掺杂类型层3的表面生长第二掺杂类型层21；在第二掺杂类型层21的表面注入形成额外的第二掺杂类型层22；在器件边缘通过刻蚀形成台阶；对第一掺杂类型衬底4进行减薄；分别形成阳极电极1和阴极电极5，器件表面形成钝化介质6。进一步的，在第二掺杂类型层21的表面进行离子注入并进行高温激活退火，形成额外的第二掺杂类型层22。阳极电极1为条状或者网状结构，阳极电极1仅覆盖台面区域。所述钝化介质6为SiO2。下面结合附图和实施例对本专利技术进行详细说明。实施例一种大尺寸台面结构的碳化硅PiN二极管的制备方法，包括以下步骤：(1)在第一掺杂类型衬底4上生长第一掺杂类型层3，如图1所示。第一掺杂类型衬底4未碳化硅衬底。(2)在第一掺杂类型3的表面生长第二掺杂类型层21，如图2所示。(3)在第二掺杂类型层21的表面进行离子注入并进行高温激活退火，形成额外的第二掺杂类型层22，如图3所示，即在第二掺杂类型层21上注入第二掺杂类型的杂质离子，通过高温退火激活注入杂质，形成向下突出的部分；可以避免由于第二掺杂类型层上孔洞等类型材料缺陷引起的芯片漏电。(4)在器件边缘通过刻蚀形成台阶，如图4所示，这避免了传统终端，如浮空场限环等对精细线条的要求，可以采用接触式光刻机方便地实现2cm×2cm以上大尺寸芯片的制作。(5)将第一掺杂类型衬底4减薄到所需厚度，降低由于投射光子及高能离子在衬底中产生的噪声信号，提高探测器的灵敏度。(6)分别形成阳极电极1和阴极电极5，阳极欧姆接触为条状或者网状结构，仅覆盖芯片台面上局部区域，如图5所示，这降低了芯片阳极金属对入射的光信号和高能离子的阻挡，提高了探测器的效率；器件表面形成钝化介质6，如图6所示。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种大尺寸台面结构的碳化硅PiN二极管，其特征在于，包括第一掺杂类型衬底(4)、生长在第一掺杂类型衬底(4)表面的第一掺杂类型层(3)、生长在第一掺杂类型层(3)表面的第二掺杂类型层(21)，在第二掺杂类型层(21)的表面注入形成额外的第二掺杂类型层(22)；器件边缘通过刻蚀形成台阶，台阶深度大于第二掺杂类型层(21)厚度；第二掺杂类型层(21)表面制备有阳极电极(1)，第一掺杂类型衬底(4)底部制备有阴极电极(5)，器件上表面设置钝化介质(6)，所述钝化介质(6)不覆盖阳极电极(1)。

【技术特征摘要】
1.一种大尺寸台面结构的碳化硅PiN二极管，其特征在于，包括第一掺杂类型衬底(4)、生长在第一掺杂类型衬底(4)表面的第一掺杂类型层(3)、生长在第一掺杂类型层(3)表面的第二掺杂类型层(21)，在第二掺杂类型层(21)的表面注入形成额外的第二掺杂类型层(22)；器件边缘通过刻蚀形成台阶，台阶深度大于第二掺杂类型层(21)厚度；第二掺杂类型层(21)表面制备有阳极电极(1)，第一掺杂类型衬底(4)底部制备有阴极电极(5)，器件上表面设置钝化介质(6)，所述钝化介质(6)不覆盖阳极电极(1)。2.根据权利要求1所述的大尺寸台面结构的碳化硅PiN二极管，其特征在于，阳极电极(1)为条状或者网状结构。3.根据权利要求2所述的大尺寸台面结构的碳化硅PiN二极管，其特征在于，阳极电极(1)仅覆盖台面区域。4.根据权利要求1所述的大尺寸台面结构的碳化硅PiN二极管，其特征在于，钝化介质(6)为SiO2。5.一种大尺寸台面结构的碳化硅PiN二极管的制备方法，其特征在于，包...

【专利技术属性】
技术研发人员：柏松，黄润华，汪玲，杨同同，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第五十五研究所，
类型：发明
国别省市：江苏,32