一种碳化硅PiN微结构的制作方法，包括如下步骤：步骤1：取一n型碳化硅衬底；步骤2：对n型碳化硅衬底的表面进行氢气刻蚀；步骤3：在n型碳化硅衬底上生长n-型变浓度缓冲层；步骤4：在n-型变浓度缓冲层上外延生长本征外延层；步骤5：采用离子注入法，在本征外延层上制备P型层；步骤6：退火，完成碳化硅PIN微结构的制作。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于宽禁带半导体外延材料制备领域，特别是涉及一种碳化硅同质PIN微结构的制备方法。
技术介绍
碳化硅为一种同质多种结晶形态的材料，发现的晶态形式已经超过250种。在SiC 众多多型体中，4H-SiC以其禁带宽度大(3. 26eV)、迁移率高(900cm2/Vs)和各向异性比较小等优越性能而被认为更适合于制造大功率高反压电子器件。另外，碳化硅化学惰性好，耐高温，抗辐射，在大功率电力电子领域具有巨大的应用潜力，因此，设计和制作基于同质SiC 的材料和器件具有重要现实意义。PiN结构的SiC材料除了具有常规PiN性能外，还能根据 i型本征层和离子注入形成的P型层的特别设计以实现更高的功率密度及更高频率的开关速度。与现有技术200910237845. 1相比，本专利技术使用离子注入而不采用原位掺杂，与原位掺杂相比，离子注入方法具有以下优点1.离子注入可通过调节注入离子的能量和数量，精确控制掺杂的深度和浓度；2.离子注入掺杂的横向扩散小，注入区域的图形尺寸可以更小，有利于集成度；3.离子注入可实现大面积均勻掺杂并有高的浓度；4.离子注入不受化学结合力、扩散系数和固溶度等的限制，能在任意所需的温度下进行掺杂；5.离子注入可达到高纯度掺杂的要求，避免有害物质进入半导体材料，可以提高PiN器件的性能。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种SiC同质PiN微结构材料的制作方法，其是采用离子注入，可以提高器件制造的重复性与一致性，适用于半导体大功率电力电子器件的制备。本专利技术采用的技术方案是一种碳化硅PiN微结构的制作方法，包括如下步骤步骤1 取一 η型碳化硅衬底；步骤2 对η型碳化硅衬底的表面进行氢气刻蚀；步骤3 在η型碳化硅衬底上生长η—型变浓度缓冲层；步骤4 在η—型变浓度缓冲层上外延生长本征外延层；步骤5 采用离子注入法，在本征外延层上制备P型层；步骤6 退火，完成碳化硅PiN微结构的制作。其中所用η型碳化硅衬底为η型六方相、棱方相或立方相的碳化硅单晶体材料，载流子浓度为IO18-IO21。其中η—型变浓度缓冲层的厚度为2-6微米，掺杂浓度沿η型碳化硅衬底的法线方向线性递减，其靠近η型碳化硅衬底表面处的掺杂浓度为IO16-IO18,其表面处掺杂浓度为 IO14-IO150其中本征外延层的掺杂浓度为IO13-IO15,厚度6-14微米。其中在本征外延层上制备的P型层，是通过在本征外延层表面注入Al离子形成的，该P型层的厚度为80-150纳米，其P型载流子浓度为1018-102°。其中n_型变浓度缓冲层、本征外延层和ρ型层三者晶型、取向与η型碳化硅衬底一致。其中氢气刻蚀η型碳化硅衬底，所用刻蚀压力为40毫托-100托，温度为 1350-1550°C，氢气流量为5-20标准升/分钟，刻蚀时间为10-60分钟。其中生长n_型变浓度缓冲层时，生长压力为40毫托-100托，生长温度为 1500-1550°C，在低于生长温度20-50°C时通入流量为1_10标准毫升/分钟的碳源，所用碳源为含碳的无氧高纯气体，η型碳化硅衬底以5-20°C /分钟的速率加热至生长温度；按碳、 硅原子摩尔比为1-2的比例通入硅源，所用硅源为含硅的无氧高纯气体，n_型变浓度缓冲层生长时氢气流量为5-20标准升/分钟，生长时间是40-80min。其中生长本征外延层时，生长压力为40毫托-100托，生长温度为1500_1550°C，在低于生长温度20-50°C时通入流量为1-10标准毫升/分钟的碳源，所用碳源为含碳的无氧高纯气体，η型碳化硅衬底以5-20°C /分钟的速率加热至生长温度；按碳、硅原子摩尔比为 1-2的比例通入硅源，所用硅源为含硅的无氧高纯气体，n_型变浓度缓冲层生长时氢气流量为5-20标准升/分钟，生长时间是100-150min。其中离子注入形成ρ型层时，注入工艺为多步离子注入，所注入的离子为Al离子。本专利技术具有的有益效果是(1)缓冲层是一个掺杂浓度线性渐变层，在η型衬底和本征层之间引入一个缓变过渡层，有利于承受更高的功率密度；(2)采用Al离子注入形成P型层，可以提高器件制造的重复性与一致性；(3) ρ注入层相对很薄，在保证ρ型欧姆接触良好的前提下，有利于减少空穴迁移长度，提高开关速度。附图说明为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本专利技术进一步详细说明，其中图1是本专利技术的碳化硅PIN微结构示意图。具体实施例方式请参阅图1所示，本专利技术提供一种碳化硅PiN微结构的制作方法，包括如下步骤步骤1 取一 η型碳化硅衬底1，所用η型碳化硅衬底1为η型六方相、棱方相或立方相的碳化硅单晶体材料，载流子浓度为IO18-IO21,碳化硅材料耐高温高压，可以在极端及恶劣条件下正常工作，与常规用于器件制作的硅材料相比，具有更大的应用前景；步骤2 对η型碳化硅衬底1的表面进行氢气刻蚀，这是碳化硅材料生长必须的步骤，给后续的材料生长做准备，以生长出性能优秀的碳化硅外延层。所述氢气刻蚀η型碳化硅衬底1，所用刻蚀压力为40毫托-100托，温度为1350-1550°C，氢气流量为5_20标准升 /分钟，刻蚀时间为10-60分钟；步骤3 在η型碳化硅衬底1上生长η—型变浓度缓冲层2，该η—型变浓度缓冲层2 的厚度为2-6微米，掺杂浓度沿η型碳化硅衬底1的法线方向线性递减，其靠近η型碳化硅衬底1表面处的掺杂浓度为1016-1018，其表面处 掺杂浓度为1014-1015，所述生长n_型变浓度缓冲层2时，生长压力为40毫托-100托，生长温度为1500-1550°C，在低于生长温度 20-50°C时通入流量为1-10标准毫升/分钟的碳源，所用碳源为含碳的无氧高纯气体，η型碳化硅衬底1以5-20°C /分钟的速率加热至生长温度；按碳、硅原子摩尔比为1-2的比例通入硅源，所用硅源为含硅的无氧高纯气体，n_型变浓度缓冲层2生长时氢气流量为5-20 标准升/分钟，生长时间是40-80min ；步骤4 在缓冲层2上外延生长本征外延层3，该本征外延层3的掺杂浓度为 IO13-IO15,厚度6-14微米，所述生长Π-型变浓度缓冲层2时，生长压力为40毫托-100托， 生长温度为1500-1550°C，在低于生长温度20-50°C时通入流量为1_10标准毫升/分钟的碳源，所用碳源为含碳的无氧高纯气体，η型碳化硅衬底1以5-20°C /分钟的速率加热至生长温度；按碳、硅原子摩尔比为1-2的比例通入硅源，所用硅源为含硅的无氧高纯气体， n_型变浓度缓冲层2生长时氢气流量为5-20标准升/分钟，生长时间是100-150min ；步骤5 采用离子注入法，在本征外延层3上制备P型层4，其是通过在本征外延层 3表面注入Al离子形成的，该ρ型层4的厚度为80-150纳米，其ρ型载流子浓度为1018-102°， 所述离子注入形成P型层4时，注入工艺为多步离子注入，所注入的离子为Al离子，相比于其他方法而言，离子注入法具有加工温度低、可均勻的大面积注入杂质、易于控制等优点， 已成为器件制作比较常用的掺杂工艺；步骤6 退火，完成碳化硅PiN微结构的制作。其中η—型变浓度缓冲层2、本征外延层3和ρ型层4三者晶型、取向与η型碳化硅衬底1 一致。实施例1请再参阅本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种碳化硅ＰｉＮ微结构的制作方法，包括如下步骤：步骤１：取一ｎ型碳化硅衬底；步骤２：对ｎ型碳化硅衬底的表面进行氢气刻蚀；步骤３：在ｎ型碳化硅衬底上生长ｎ－型变浓度缓冲层；步骤４：在ｎ－型变浓度缓冲层上外延生长本征外延层；步骤５：采用离子注入法，在本征外延层上制备Ｐ型层；步骤６：退火，完成碳化硅ＰｉＮ微结构的制作。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：孙国胜，吴海雷，郑柳，刘兴昉，王雷，赵万顺，闫果果，
申请(专利权)人：中国科学院半导体研究所，
类型：发明
国别省市：11
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