一种垂直型碳化硅DAS器件及其制备方法与流程

本发明属于脉冲功率，具体涉及一种垂直型碳化硅das(diodeavalanche shaper，二极管雪崩整流器)器件及其制备方法。

背景技术：

1、das(diode avalanche shaper，二极管雪崩整流器)是一种半导体短路开关二极管，具有高效率、高可靠性、连续工作时间长和体积小等特点，通常作为关键器件应用于uwb(ultra wide band，超宽带)脉冲信号源。

2、由于硅材料的理论极限，硅基das已无法满足多数几千伏甚至是几十千伏的脉冲系统的要求。碳化硅材料具有比硅材料高的禁带宽度、饱和漂移速度、热导率、临界击穿电场和抗辐照能力，使得碳化硅基das器件的性能优于硅基das。在同等电压等级要求的脉冲系统中，碳化硅基das的串联数量远小于硅基das，极大地节省了系统的体积；同时漂移区厚度的降低和饱和漂移速度的提升能够降低器件的电压上升时间，使得碳化硅基das可以工作在高频、高速条件下。

3、然而，受限于目前碳化硅器件的制备工艺，使得常规碳化硅基n型基区的das器件难以制备。局部电场集中使得器件常常在器件工作前失效，难以充分发挥碳化硅材料的优势，限制了das器件的性能。

技术实现思路

1、为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种垂直型碳化硅das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、本发明提供了一种垂直型碳化硅das器件，包括：

3、衬底；

4、外延结构，位于所述衬底的上表面，所述外延结构包括自下而上依次层叠设置的n+缓冲区、n-基区和p+有源区；所述外延结构的两侧面设置有朝向所述外延结构的中心凹陷的刻蚀台面；所述刻蚀台面在所述外延结构中的pn结和nn结处的刻蚀角度均为正角；

5、钝化层，覆盖所述刻蚀台面以及所述p+有源区靠近所述刻蚀台面位置处的部分上表面；

6、阴极，设置在所述衬底的下表面；

7、阳极，设置在所述p+有源区的上表面上未被所述钝化层覆盖的区域。

8、在本发明的一个实施例中，所述衬底为碳化硅衬底。

9、在本发明的一个实施例中，所述n+缓冲区包括n型sic材料，掺杂浓度为1×1016cm-3～1×1018cm-3。

10、在本发明的一个实施例中，所述n-基区包括n型sic材料，掺杂浓度为1×1014cm-3～1×1017cm-3。

11、在本发明的一个实施例中，所述n-基区的掺杂浓度为均匀掺杂、沿所述阳极指向所述阴极的方向依次递增呈梯度变化的非均匀掺杂和沿所述阳极指向所述阴极的方向依次递减呈梯度变化的非均匀掺杂中的一种。

12、在本发明的一个实施例中，所述p+有源区包括p型sic材料，掺杂浓度为1×1018cm-3～1×1020cm-3。

13、在本发明的一个实施例中，所述外延结构还包括p+缓冲区，所述p+缓冲区位于所述n-基区和所述p+有源区之间。

14、在本发明的一个实施例中，所述p+缓冲区包括p型sic材料，掺杂浓度为1×1016cm-3～1×1018cm-3。

15、在本发明的一个实施例中，所述阴极与所述衬底之间为欧姆接触，所述阳极与所述有源区之间为欧姆接触。

16、本发明提供了一种垂直型碳化硅das器件的制备方法，包括：

17、获取碳化硅衬底；

18、在所述碳化硅衬底的上表面形成外延结构，所述外延结构包括自下而上依次层叠设置的n+缓冲区、n-基区和p+有源区；

19、刻蚀所述外延结构，通过调控刻蚀过程中的物理轰击气体与化学刻蚀气体的比例，在所述外延结构的两侧面形成朝向所述外延结构的中心凹陷的刻蚀台面，其中，所述刻蚀台面在所述外延结构中的pn结和nn结处的刻蚀角度均为正角；

20、在所述刻蚀台面的表面以及所述外延结构的上表面生长牺牲氧化层，并在去除所述牺牲氧化层之后淀积钝化层；

21、刻蚀所述外延结构的上表面的部分钝化层形成欧姆接触窗口，并在所述欧姆接触窗口内淀积ti/ni/al叠层金属，腐蚀、退火后得到p型欧姆接触，形成阳极；

22、在所述碳化硅衬底的下表面淀积ni，退火后得到n型欧姆接触，形成阴极。

23、与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

24、本发明的垂直型碳化硅das器件，在外延结构的两侧面设置有朝向外延结构的中心凹陷的刻蚀台面；刻蚀台面在外延结构中的pn结和nn结处的刻蚀角度均为正角，消除了器件表面的电场集中，确保了器件正常工作，另外，正角刻蚀角度降低了表面电场，不需要离子注入也可实现终端结构，消除了离子注入对器件终端区的损伤，同时简化了制备工艺，而且，正角对刻蚀角度变化容忍度很高，可以有效的节省芯片面积。

25、上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。

技术特征：

1.一种垂直型碳化硅das器件，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的垂直型碳化硅das器件，其特征在于，所述衬底(1)为碳化硅衬底。

3.根据权利要求1所述的垂直型碳化硅das器件，其特征在于，所述n+缓冲区(2)包括n型sic材料，掺杂浓度为1×1016cm-3～1×1018cm-3。

4.根据权利要求1所述的垂直型碳化硅das器件，其特征在于，所述n-基区(3)包括n型sic材料，掺杂浓度为1×1014cm-3～1×1017cm-3。

5.根据权利要求4所述的垂直型碳化硅das器件，其特征在于，所述n-基区(3)的掺杂浓度为均匀掺杂、沿所述阳极(8)指向所述阴极(7)的方向依次递增呈梯度变化的非均匀掺杂和沿所述阳极(8)指向所述阴极(7)的方向依次递减呈梯度变化的非均匀掺杂中的一种。

6.根据权利要求1所述的垂直型碳化硅das器件，其特征在于，所述p+有源区(5)包括p型sic材料，掺杂浓度为1×1018cm-3～1×1020cm-3。

7.根据权利要求1所述的垂直型碳化硅das器件，其特征在于，所述外延结构还包括p+缓冲区(4)，所述p+缓冲区(4)位于所述n-基区(3)和所述p+有源区(5)之间。

8.根据权利要求7所述的垂直型碳化硅das器件，其特征在于，所述p+缓冲区(4)包括p型sic材料，掺杂浓度为1×1016cm-3～1×1018cm-3。

9.根据权利要求1所述的垂直型碳化硅das器件，其特征在于，所述阴极(7)与所述衬底(1)之间为欧姆接触，所述阳极(8)与所述有源区(5)之间为欧姆接触。

10.一种垂直型碳化硅das器件的制备方法，其特征在于，包括：

技术总结
本发明涉及一种垂直型碳化硅DAS器件及其制备方法，该垂直型碳化硅DAS器件，包括：衬底；外延结构，位于衬底的上表面，外延结构包括自下而上依次层叠设置的N+缓冲区、N‑基区和P+有源区；外延结构的两侧面设置有朝向外延结构的中心凹陷的刻蚀台面；刻蚀台面在外延结构中的PN结和NN结处的刻蚀角度均为正角；钝化层，覆盖刻蚀台面以及P+有源区靠近刻蚀台面位置处的部分上表面；阴极，设置在衬底的下表面；阳极，设置在P+有源区的上表面上未被钝化层覆盖的区域。本发明的垂直型碳化硅DAS器件，在外延结构的两侧面设置的刻蚀台面，在外延结构中的PN结和NN结处的刻蚀角度均为正角，消除了器件表面的电场集中，确保了器件正常工作。

技术研发人员：刘恒,韩超,迟奔奔,万瑾锡,潘恩赐,吴勇
受保护的技术使用者：西电芜湖研究院有限责任公司
技术研发日：
技术公布日：2024/4/7