欧姆接触基极与发射极短接的穿通型SiC-TVS器件及其制备方法

本发明属于微电子，具体涉及一种欧姆接触基极与发射极短接的穿通型sic-tvs器件及其制备方法。

背景技术：

1、雷电、电磁脉冲(emp)等瞬时高能量浪涌冲击会使电子元器件及其下游电子学系统失效甚至损毁。瞬态电压抑制二极管(transient voltage suppressor,tvs)具有吸收功率高、响应速度快以及钳位电压稳定等优势，是目前常用的防护型器件，广泛应用于航空航天、轨道交通、高压电网、先进武器系统等电路微型化、集成化应用领域中。当瞬态浪涌冲击电路系统时，并联于其两端的tvs短时间内导通并吸收浪涌功率，将端电压钳位到一个预设值以实现钳位保护功能，避免了电子元器件/电子学系统受过压或过流冲击而损坏。

2、目前常用的tvs器件采用硅(si)基半导体材料制作而成。而相比于si材料，碳化硅(sic)材料具有宽禁带、高临界击穿电场强度、高电子饱和漂移速度以及高热导率等优势，用碳化硅材料制备的tvs器件相对于si材料制备的tvs能够表现出低漏电、快速响应、耐高温和尺寸集约带来的强鲁棒性等潜在优点，在高温、强辐射电磁干扰等极端复杂工作环境正得到越来越多的关注。

3、在emp防护应用中，考虑emp信号上升前沿时间一般为纳秒级或百皮秒级，因此要求tvs器件具有相应的快速响应时间。对于npn穿通型sic-tvs器件，当反偏n+/p-结与正偏p-/n+结相连通使得中间p-基区全耗尽时，tvs导通工作。然而，由于正偏p-/n+结在p-区一侧存在少子注入引起的少子堆积现象，使得反偏n+/p-结在p-区的耗尽推进受到阻碍，导致器件的钳位响应速度变慢(响应时间为微秒级)，无法实现纳秒级的快速响应，因此在emp防护应用中受到限制。

技术实现思路

1、为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种欧姆接触基极与发射极短接的穿通型sic-tvs器件及其制备方法。本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：

2、本发明的一个方面提供了一种欧姆接触基极与发射极短接的穿通型sic-tvs器件，包括sic衬底、sic外延层、第一电极和第二电极，其中，

3、所述sic外延层包括位于所述sic衬底上表面的基区、嵌入在所述基区上表面的若干个发射区和若干个基极接触区，所述发射区和所述基极接触区交替分布且相互接触，所述发射区与所述sic衬底掺杂类型相同，所述发射区与所述基区掺杂类型相反；所述基极接触区与所述基区掺杂类型相同，所述基极接触区与所述sic衬底掺杂类型相反；

4、所述第一电极设置在所述sic外延层上表面，由位于所述发射区上表面的若干个发射极以及位于所述基极接触区上表面的若干个基极短接组成，其中，所述若干个发射极与所述若干个基极交替接触设置；

5、所述第二电极位于所述sic衬底的下表面。

6、在本发明的一个实施例中，所述发射区与所述发射极形成欧姆接触，所述基极接触区与所述基极形成欧姆接触，所述第二电极与所述sic衬底形成欧姆接触。

7、在本发明的一个实施例中，所述发射区的厚度大于所述基极接触区的厚度。

8、在本发明的一个实施例中，所述发射区的宽度wn+的取值范围为0.5～5μm，所述基极接触区的宽度wp+的取值范围为wp+1～wp+2μm，其中，wp+1＝wn+，wp+2＝4×wn+。

9、在本发明的一个实施例中，所述发射区的宽度wn+的取值范围为0.5～2μm，所述基极接触区的宽度wp+的取值范围为wp+1～wp+2μm，其中，wp+1＝wn+，wp+2＝2×wn+。

10、在本发明的一个实施例中，所述发射区、所述sic衬底和所述基极接触区的掺杂浓度均大于所述基区的掺杂浓度。

11、本发明的另一方面提供了一种欧姆接触基极与发射极短接的穿通型sic-tvs器件的制备方法，用于制备上述实施例中任一项所述的穿通型sic-tvs器件，所述制备方法包括：

12、s1：在sic衬底上外延生长sic外延层；

13、s2：利用离子注入方法在所述sic外延层上表面形成交替分布的多个发射区和多个基极接触区并进行激活退火；

14、s3：在所述发射区和所述基极接触区上表面制备第一电极，所述第一电极包括交替分布的发射极和基极；

15、s4：在所述sic衬底下表面制备第二电极。

16、在本发明的一个实施例中，所述s2包括：

17、s2.1：离子注入形成发射区：在所述sic外延层上表面淀积预定厚度的sio2层，旋涂光刻胶并形成刻蚀掩膜，通过等离子体干法刻蚀sio2层，形成离子注入掩膜，使得此时的离子注入窗口位于预设的发射区上方，去除光刻胶并进行离子注入，以在所述sic外延层上表面形成离子注入区，去除所述离子注入掩膜并清洗器件，形成嵌入在所述基区上表面且彼此间隔的若干个发射区；

18、s2.2：离子注入形成基极接触区：在所述sic外延层上表面淀积预定厚度的sio2层，旋涂光刻胶并形成刻蚀掩膜，通过等离子体干法刻蚀sio2层，形成离子注入掩膜，使得此时的离子注入窗口位于预设的基极接触区上方；去除光刻胶并进行离子注入，以在相邻发射区的间隙中形成基极接触区；去除sio2掩膜，并清洗器件；

19、s2.3：退火以激活注入的杂质原子并消除晶格损伤。

20、在本发明的一个实施例中，所述s3包括：

21、在所述发射区和基极接触区表面一体淀积ti、ni、al、w中的一种或几种金属，通过800～1100℃温度条件下的合金化退火使所述发射区与其上表面的金属形成欧姆接触，从而在所述发射区上表面形成发射极；同时使所述基极接触区与其上表面的金属形成欧姆接触，从而在所述基极接触区上表面形成基极。

22、在本发明的一个实施例中，所述s3包括：

23、若发射区为n型，基极接触区为p型，则在所述发射区上淀积金属ni，通过合金化退火与所述发射区形成欧姆接触，从而形成位于所述发射区上表面的发射极，在所述基极接触区上表面淀积ti、ni、al、w中的一种或几种金属，通过合金化退火与所述基极接触区接触形成欧姆接触，从而形成位于所述基极接触区上表面的基极；

24、若发射区为p型，基极接触区为n型，则在所述基极接触区上淀积金属ni，通过合金化退火与所述基极接触区形成欧姆接触，从而形成位于所述基极接触区上表面的基极；在所述发射区上表面淀积ti、ni、al、w中的一种或几种金属，通过合金化退火与所述发射区接触形成欧姆接触，从而形成位于所述发射区上表面的发射极。

25、与现有技术相比，本发明的有益效果有：

26、本发明提供了一种欧姆接触基极与发射极短接的穿通型sic-tvs器件，利用sic的材料特性优势并基于npn穿通工作原理，在基区表面通过离子注入选区掺杂工艺形成间隔分布的发射区和基极接触区，并最终在基极接触区与发射区表面制备电极，实现基极与发射极短接。这样可有效地削弱npn穿通结构中正偏pn结处的少子堆积效应，大幅提高sictvs器件的钳位响应速度，使响应时间达到纳秒级。通过优化设计基区表面间隔分布的发射区和基极接触区的结构参数，可以进一步实现响应时间与通流能力之间的均衡。

27、以下将结合附图及实施例对本发明做进一步详细说明。