一种基于AlN的SiCPIN二极管及其制造方法与流程

一种基于aln的sic pin二极管及其制造方法
技术领域
1.本发明涉及一种基于aln的sic pin二极管及其制造方法。


背景技术：

2.sic器件碳化硅(sic)材料因其优越的物理特性，广泛受到人们的关注和研究。其高温大功率电子器件具备输入阻抗高、开关速度快、工作频率高、耐高温高压等优点，在开关稳压电源、高频加热、汽车电子以及功率放大器等方面取得了广泛应用。
3.但是限于材料特性，其本征击穿场强是固定的，现有提高pin二极管耐压的主要方式是改善终端结构，通过对掺杂方式的优化来得到更高耐压的pin二极管。


技术实现要素：

4.本发明要解决的技术问题，在于提供一种基于aln的sic pin二极管及其制造方法，提高sic pin二极管的电流能力，aln材料的导热系数与sic材料接近，其在pin二极管中的纵向热分布更均匀，不易出现集中的热点，不易导致器件的热失效。
5.本发明之一是这样实现的：一种基于aln的高压sic pin二极管，包括：
6.一n型欧姆电极；
7.一n型重掺杂半导体传输层，所述n型重掺杂半导体传输层的下侧面连接至所述n型欧姆电极的上侧面；
8.一n型轻掺杂aln耐压提高层，所述n型轻掺杂aln耐压提高层的下侧面连接至所述n型重掺杂半导体传输层的上侧面；
9.一n型本征层，所述n型本征层的下侧面连接至所述n型轻掺杂aln耐压提高层的上侧面；
10.一p型重掺杂半导体传输层，所述p型重掺杂半导体传输层下侧面连接至所述n型本征层的上侧面；
11.以及，一p型欧姆电极，所述p型欧姆电极的下侧面连接至所述p型重掺杂半导体传输层的上侧面。
12.进一步地，所述n型轻掺杂aln耐压提高层的厚度为2至3微米，所述n型本征层厚度为3微米。
13.进一步地，所述n型轻掺杂aln耐压提高层的掺杂浓度是1*10
17
cm-3
。
14.进一步地，所述n型轻掺杂aln耐压提高层的掺杂浓度是n型本征层掺杂浓度的2倍。
15.本发明之二是这样实现的：一种基于aln的sic pin二极管的制造方法，具体包括如下步骤：
16.步骤1、用去离子水冲洗sic外延晶片表面，然后置于加热的混合洗液中浸泡1分钟，进一步去除sic外延晶片表面的异物，形成衬底；所述混合洗液包括氨水、双氧水以及去离子水；
17.步骤2、在所述衬底表面上外延生长n型重掺杂半导体传输层；
18.步骤3、在所述n型重掺杂半导体传输层外延生长n型轻掺杂aln耐压提高层；
19.步骤4、在所述n型轻掺杂aln耐压提高层上外延生长n型sic本征层；
20.步骤5、在所述n型sic本征层上外延生长p型重掺杂半导体传输层；
21.步骤6、通过衬底去除工艺去除按照以上步骤所得的衬底；
22.步骤7、在n型重掺杂半导体传输层上蒸镀并光刻制作出n型欧姆电极，再在p型重掺杂半导体传输层上蒸镀并光刻制作出p型欧姆电极。
23.进一步地，所述n型轻掺杂aln耐压提高层的厚度是3微米。
24.进一步地，所述n型轻掺杂aln耐压提高层的掺杂浓度为1*10
17
cm-3
。
25.进一步地，所述n型轻掺杂aln耐压提高层为n型aln。
26.进一步地，所述n型本征层厚度为3微米。
27.进一步地，所述n型重掺杂半导体传输层厚度为6微米。
28.本发明的优点在于：本发明中n型轻掺杂aln耐压提高层在n型本征层之下，该结构不影响原有pn结构成的pn结耐压特性，单纯增加一层n型轻掺杂aln耐压提高层可以极大地提高该pin二极管的耐压，aln材料的导热系数与sic材料接近，其在pin二极管中的纵向热分布更均匀，不易出现集中的热点，不易导致器件的热失效。
附图说明
29.下面参照附图结合实施例对本发明作进一步的说明。
30.图1为本发明一种基于aln的sic pin二极管的制造方法的流程图；
31.图2为本发明一种基于aln的sic pin二极管的制造方法的示意图一；
32.图3为本发明一种基于aln的sic pin二极管的制造方法的示意图二；
33.图4为本发明一种基于aln的sic pin二极管的制造方法的示意图三；
34.图5为本发明一种基于aln的sic pin二极管的制造方法的示意图四；
35.图6为本发明一种基于aln的sic pin二极管的制造方法的示意图五；
36.图7为本发明一种基于aln的sic pin二极管的制造方法的示意图六；
37.图8为本发明一种基于aln的sic pin二极管的制造方法的制造的二极管示意图；
38.图9为本发明二极管的工作过程空间电荷区示意图一；
39.图10为本发明二极管的工作过程空间电荷区示意图二。
具体实施方式
40.如图1至8所示，本发明一种基于aln的sic pin二极管的制造方法，具体包括如下步骤：
41.步骤1、用去离子水冲洗sic外延晶片表面，然后置于加热的混合洗液中浸泡1分钟，进一步去除sic外延晶片表面的异物，形成衬底；所述混合洗液包括氨水、双氧水以及去离子水；
42.步骤2、在所述衬底表面上外延生长n型重掺杂半导体传输层；
43.步骤3、在所述n型重掺杂半导体传输层外延生长n型轻掺杂aln耐压提高层，所述n型轻掺杂aln耐压提高层的厚度是3微米，所述n型轻掺杂aln耐压提高层为n型aln，所述n型
轻掺杂aln耐压提高层的掺杂浓度为1*10
17
cm-3
；
44.步骤4、在所述n型轻掺杂aln耐压提高层上外延生长n型sic本征层，所述n型本征层厚度为3微米；
45.步骤5、在所述n型sic本征层上外延生长p型重掺杂半导体传输层，所述n型重掺杂半导体传输层厚度为6微米；
46.步骤6、通过衬底去除工艺去除按照以上步骤所得的衬底；
47.步骤7、在n型重掺杂半导体传输层上蒸镀并光刻制作出n型欧姆电极，再在p型重掺杂半导体传输层上蒸镀并光刻制作出p型欧姆电极。
48.如图8所示，本发明一种基于aln的sic pin二极管，包括：
49.一n型欧姆电极；
50.一n型重掺杂半导体传输层，所述n型重掺杂半导体传输层的下侧面连接至所述n型欧姆电极的上侧面；
51.一n型轻掺杂aln耐压提高层，所述n型轻掺杂aln耐压提高层的下侧面连接至所述n型重掺杂半导体传输层的上侧面；
52.一n型本征层，所述n型本征层的下侧面连接至所述n型轻掺杂aln耐压提高层的上侧面，所述n型本征层的厚度是3微米(现有技术中n型本征层的厚度是6微米)，所述n型本征层的材料是sic；
53.一p型重掺杂半导体传输层，所述p型重掺杂半导体传输层下侧面连接至所述n型本征层的上侧面；
54.以及，一p型欧姆电极，所述p型欧姆电极的下侧面连接至所述p型重掺杂半导体传输层的上侧面。
55.所述n型轻掺杂aln耐压提高层的掺杂浓度是1*10
17
cm-3
。
56.所述n型轻掺杂aln耐压提高层的厚度为3微米。
57.所述n型轻掺杂aln耐压提高层的掺杂浓度是n型本征层掺杂浓度的2倍。
58.本发明的二极管为纵向结构，为双极性器件，所述的二极管有极高的耐压能力，在原有的基础上，在n型重掺杂半导体传输层上方增加了n型轻掺杂aln耐压提高层，由于aln材料禁带宽度大，为6.2ev，是sic材料的两倍左右，因而具备提高耐压的特性，并且aln材料在现有工艺技术基础上可以较为容易的实现n型轻掺杂，该特性与提高耐压的方案吻合，选用提高耐压特性，而非提升电流特性。
59.aln材料的导热系数为3.19w/cm/k，与sic材料接近，其在pin二极管中的纵向热分布更均匀，不易出现集中的热点，不易导致器件的热失效。
60.该pin二极管在相同厚度的情况下提高二极管的耐压等级，其主要原因是在pin二极管反向加压时形成空间电荷区，空间电荷区从n型本征层向n型轻掺杂aln耐压提高层，当空间电荷区向n型轻掺杂aln耐压提高层扩散时，因为n型轻掺杂aln耐压提高层的掺杂浓度是n型本征层的两倍，相同电压时，空间电荷区扩展深度位原来的二分之一，故相同厚度情况下，耐压等级为原来的1.5倍。如图9和10所示，该空间电荷区分为两部分，n型本征区和n型轻掺杂aln耐压提高层厚度一致，但是n型轻掺杂aln耐压提高层耐受电压是n型本征区的两倍。
61.如图9和图10所示，低压时空间电荷区向n型本征耐压区扩散，当电压逐步提高，空
间电荷区向aln区域扩散，但由于aln掺杂浓度为sic的2倍，故相同电压扩散深度为二分之一。故相同厚度情况下，耐压等级为原来的1.5倍。
62.该pin二极管厚度不变，即n型轻掺杂aln耐压提高层的厚度为3微米，所述n型本征层的厚度是3微米时，可以达到耐压提高1.5倍，电流提高2倍；若是将pin二极管厚度减少1微米，则n型轻掺杂aln耐压提高层的厚度为2微米，所述n型本征层的厚度是3微米时，此时可以达到与现有技术一样的耐压，但是电流依旧得到了提高。
63.虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是熟悉本技术领域的技术人员应当理解，我们所描述的具体的实施例只是说明性的，而不是用于对本发明的范围的限定，熟悉本领域的技术人员在依照本发明的精神所作的等效的修饰以及变化，都应当涵盖在本发明的权利要求所保护的范围内。