一种基于碳化硅基的反向开关晶体管及其制备方法与流程

文档序号:20121779发布日期:2020-03-20 05:32阅读:来源:国知局

技术特征:

1.一种基于碳化硅基的反向开关晶体管,其特征在于,该反向开关晶体管自下而上包括碳化硅n+型衬底(7)、碳化硅p基区(1)、碳化硅n-漂移区(3)以及阳极发射区,其中,所述阳极发射区由碳化硅阳极p+发射区(4)和碳化硅阳极n+发射区(6)交替组成;所述基于碳化硅的反向开关晶体管采用30°~60°正斜角的终端方式,形成的台面上覆盖有钝化层(2);

该基于碳化硅基的反向开关晶体管设置有阴极短路点,该阴极短路点是先将碳化硅n+型衬底(7)断开,并在断开处选择性注入离子形成碳化硅阴极p+区(8),然后在n+型衬底(7)和碳化硅阴极p+区(8)表面沉积金属形成阴极电极(9);其中,碳化硅阴极p+区(8)作为反向晶体管的阴极短路点,能够进行载流子的传导;

所述碳化硅阳极p+发射区(4)的掺杂浓度为3*1018cm-3~9*1019cm-3,所述碳化硅阳极n+发射区(6)的掺杂浓度为8*1018cm-3~2*1019cm-3,所述碳化硅n-漂移区(3)的掺杂浓度为9*1014cm-3~8*1015cm-3,所述碳化硅p基区(1)的掺杂浓度为4*1017cm-3~2.8*1018cm-3,所述碳化硅n+型衬底(7)的掺杂浓度为1*1019cm-3~9*1019cm-3

所述碳化硅n+型衬底(7)的厚度为1μm~3μm;

此外,在所述阳极发射区的上方还覆盖有阳极欧姆金属(5),所述碳化硅n+型衬底(7)的下方还覆盖有阴极欧姆金属(9)。

2.如权利要求1所述基于碳化硅基的反向开关晶体管,其特征在于,所述碳化硅阴极p+区(8)分布在所述碳化硅n+型衬底(7)与所述碳化硅p基区(1)的接触面上。

3.如权利要求1所述基于碳化硅基的反向开关晶体管,其特征在于,所述碳化硅阴极p+区(8)呈点状阵列按预先设定的间距均匀分布在所述碳化硅n+型衬底(7)与所述碳化硅p基区(1)的接触面上。

4.如权利要求1所述基于碳化硅基的反向开关晶体管,其特征在于,所述碳化硅阳极p+发射区(4)的厚度为0.5μm,所述碳化硅阳极p+发射区(4)的横向长度为10μm~30μm;所述碳化硅阳极n+发射区(6)的横向长度为5μm。

5.如权利要求1所述基于碳化硅基的反向开关晶体管,其特征在于,所述碳化硅n-漂移区(3)的厚度为54μm;所述碳化硅p基区(1)的厚度为0.5μm~2.5μm。

6.一种制备如权利要求1-5任意一项所述基于碳化硅基的反向开关晶体管的方法,其特征在于,包括以下步骤:

(s1)选取洁净的n+型碳化硅衬底作为碳化硅n+型衬底,依次在该n+型碳化硅衬底上外延生长碳化硅p基区、碳化硅n-漂移区和碳化硅阳极p+发射区,形成p+n-pn+四层结构;

(s2)针对所述步骤(s1)得到的所述p+n-pn+四层结构,对其中的n+型碳化硅衬底进行减薄处理,使碳化硅n+型衬底的厚度满足预先设定的厚度要求;

(s3)针对经所述步骤(s2)处理后的p+n-pn+四层结构,清洗后进行光刻、刻蚀,在碳化硅阳极p+发射区一侧形成阳极侧n+注入窗口,接着从最上层即碳化硅阳极p+发射区的上方进行n型离子注入使阳极侧n+注入窗口内形成碳化硅阳极n+发射区;

(s4)针对经所述步骤(s3)处理后所得的结构,清洗后进行光刻、刻蚀工艺在碳化硅n+型衬底一侧形成阴极侧p+注入窗口,接着从最底层即碳化硅n+型衬底的下方进行p型离子注入使阴极侧p+注入窗口内形成碳化硅阴极p+区;

(s5)针对所述步骤(s3)和所述步骤(s4)中注入的离子进行1200~1600℃的高温退火处理进行激活,同时该高温退火处理还能消除sic的晶格损伤;

(s6)针对经所述步骤(s5)处理后所得的结构,在所述碳化硅阳极p+发射区和所述碳化硅阳极n+发射区的上方沉积阳极欧姆金属,然后在碳化硅n+型衬底的下方沉积阴极欧姆金属;接着进行整体退火使所述阳极欧姆金属和所述阴极欧姆金属各自与碳化硅基材料之间形成欧姆接触;

(s7)针对经所述步骤(s6)处理后所得的结构,利用金刚石刀片进行机械切割,使该结构的侧面形成30°~60°正斜角的台面作为终端方式;最后在该台面上沉积钝化层作为钝化膜,即可得到基于碳化硅基的反向开关晶体管。

7.如权利要求6所述方法,其特征在于,所述步骤(s3)具体是:

针对经所述步骤(s2)处理后的p+n-pn+四层结构,先进行rca清洗以去除晶圆表面包括有机物、金属离子或金属氢化物在内的杂质,然后再进行反转光刻与目标待形成的阳极侧n+注入窗口的位置相对应;接着进行磁控溅射淀积金属ni,然后用az400t或丙酮剥离去除目标待形成的阳极侧n+注入窗口上的ni以保证只有目标的碳化硅阳极p+发射区上留有ni掩膜,接着干法刻蚀形成阳极侧n+注入窗口;最后从最上层即碳化硅阳极p+发射区的上方进行n型离子注入使阳极侧n+注入窗口内形成碳化硅阳极n+发射区。

8.如权利要求6所述方法,其特征在于,所述步骤(s4)具体是:

针对经所述步骤(s3)处理后所得的结构,先进行rca清洗以去除晶圆表面包括有机物、金属离子或金属氢化物在内的杂质,然后再进行反转光刻与目标待形成的阴极侧p+注入窗口的位置相对应;接着进行磁控溅射淀积金属ni,然后用az400t或丙酮剥离去除目标待形成的阴极侧p+注入窗口上的ni以保证只有目标的碳化硅n+型衬底上留有ni掩膜,接着干法刻蚀形成阴极侧p+注入窗口;最后从最底层即碳化硅n+型衬底的下方进行p型离子注入使阴极侧p+注入窗口内形成碳化硅阴极p+区。

9.如权利要求6-8任意一项所述方法,其特征在于,所述步骤(s4)中,所述p型离子注入是离子注入硼元素、铝元素、镓元素中的至少一种。

10.如权利要求6-9任意一项所述方法,其特征在于,所述步骤(s6)中,所述阳极欧姆金属为主要由ni元素、ti元素、al元素和ag元素构成的ni/ti/al/ag合金层,所述阴极欧姆金属为主要由ni元素、ti元素、al元素和ag元素构成的ni/ti/al/ag合金层。

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