CN114999913B - 一种SiC JBS器件及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种SiC JBS器件及其制备方法，所述制备方法包括：选取N型衬底层(1)；在所述N型衬底层(1)上形成N型外延层(2)；在所述N型外延层(2)内注入离子形成P+注入区(3)；在所述N型衬底层(1)背面形成Ni欧姆接触金属层(4)；刻蚀所述P+注入区(3)和部分所述N型外延层(2)，以形成多个间距排列的倒梯形凹槽；在所述倒梯形凹槽处的所述N型外延层(2)和所述P+注入区(3)上形成Ti肖特基接触金属层(5)；在所述Ti肖特基接触金属层(5)上形成Al接触层(6)；在所述Ni欧姆接触金属层(4)背面形成Ti/Ni/Ag接触层(7)。本发明通过倒梯形凹槽结构，将平面型SiC JBS的P+注入区引入到凹槽的侧壁上，从而实现横向尺寸的缩小，使元胞结构更加紧凑。
Description
技术领域
本发明属于半导体器件技术领域，具体涉及一种SiC JBS器件及其制备方法。
背景技术
SiC肖特基功率二极管适合用于整流、逆变等功率***中，是目前电动汽车、工业控制、高铁等新型产业能源转换***中不可或缺的新型功率元器件之一。
随着功率容量的不断提升，所需的SiC肖特基功率二极管工作电压和工作电流也要进一步提升。在常规垂直结构的4H-SiC功率肖特基二极管制作工艺中，通常采用平面P+注入区和N型外延层交替的元胞结构，此结构中，P+注入区的宽度影响了器件的反向耐压特性，N型外延层的宽度决定了器件的正向导通电流特性。
但是，实际应用需求一定时，上述元胞结构以及器件的面积几乎不变，这就导致器件的产量(单晶圆上的芯片数量)不能得到很好的提升。
发明内容
为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种SiC JBS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：
本发明的一个实施例提供了一种SiC JBS器件的制备方法，所述制备方法包括：
选取N型衬底层；
在所述N型衬底层上形成N型外延层；
在所述N型外延层内注入离子形成P+注入区；
在所述N型衬底层背面形成Ni欧姆接触金属层；
刻蚀所述P+注入区和部分所述N型外延层，以形成多个间距排列的倒梯形凹槽，在两个所述倒梯形凹槽之间具有梯形的P+注入区(3)；
在所述倒梯形凹槽处的所述N型外延层和所述P+注入区上形成Ti肖特基接触金属层；
在所述Ti肖特基接触金属层上形成Al接触层；
在所述Ni欧姆接触金属层背面形成Ti/Ni/Ag接触层。
在本发明的一个实施例中，所述N型衬底层和所述N型外延层的材料均为4H-SiC。
在本发明的一个实施例中，在所述N型外延层内注入离子形成P+注入区，包括：
利用离子注入方法在所述N型外延层内注入Al离子形成P+注入区。
在本发明的一个实施例中，所述P+注入区的注入深度为400～800nm。
在本发明的一个实施例中，在刻蚀所述P+注入区至暴露所述N型外延层，以形成多个间距排列的倒梯形凹槽之前，还包括：
对已制备的所述N型衬底层、所述N型外延层、所述P+注入区和所述Ni欧姆接触金属层进行快速热退火处理。
在本发明的一个实施例中，所述倒梯形凹槽的底角为弧形，且与水平面的角度为60°～80°，刻蚀深度为1μm～1.2μm。
在本发明的一个实施例中，在所述肖特基接触金属层上形成Al接触层之前，还包括：
对已制备的所述N型衬底层、所述N型外延层、所述P+注入区、所述Ni欧姆接触金属层、所述Ti肖特基接触金属层进行快速热退火处理。
在本发明的一个实施例中，所述Al接触层的厚度为4～6μm。
在本发明的一个实施例中，所述Ti/Ni/Ag接触层(7)中的Ti的厚度为0.1μm、Ni的厚度为1μm、Ag的厚度为1～2μm。
本发明的一个实施例提供了一种SiC JBS器件，利用上述任一项实施例所述的SiCJBS器件的制备方法制备而成，所述SiC JBS器件包括：
N型衬底层；
N型外延层，位于所述N型衬底层上；
若干间隔排列的倒梯形凹槽，两个所述倒梯形凹槽之间设置有P+注入区，且所述P+注入区位于所述N型衬底层内；
Ni欧姆接触金属层，位于所述N型衬底层背面；
Ti肖特基接触金属层，位于所述倒梯形凹槽处的所述N型外延层和所述P+注入区上；
Al接触层，位于所述Ti肖特基接触金属层上；
Ti/Ni/Ag接触层，位于所述Ni欧姆接触金属层背面。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
1、本发明通过倒梯形凹槽结构，将平面型SiC JBS的P+注入区引入到凹槽的侧壁上，从而实现横向尺寸的缩小，使元胞结构更加紧凑。
2、本发明通过设置P+注入深度、凹槽刻蚀深度以及刻蚀角度三个因素及相应的参数，从而调整P+注入区与非注入区之间的面积比，以实现器件性能的稳定。
3、本发明在Al元素注入这一步工艺中，无需光刻掩膜版，降低了器件成本和制备技术难度。
4、本发明所提出的制备方法所制备的结构，其制备难度与传统工艺相当，在相同电流需求下，通过本发明制备方法所制备的每片晶圆的器件数量可以有所提升，从而降低了制备成本。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种SiC JBS器件的制备方法的流程示意图；
图2a-图2g为本发明实施例提供的一种SiC JBS器件的制备方法的过程示意图；
图3为本发明实施例提供的一种SiC JBS器件的示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
需要说明的是，本实施例中提到的“上”“下”“左”“右”为该肖特基二极管结构处于图示状态时的位置关系，“长”为该肖特基二极管处于图示状态时的横向尺寸，“深”为该肖特基二极管处于图示状态时的纵向尺寸。
实施例一
请参见图1和图2a-图2g，图1为本发明实施例提供的一种SiC JBS器件的制备方法的流程示意图，图2a-图2g为本发明实施例提供的一种SiC JBS器件的制备方法的过程示意图。本发明实施例提供一种SiC JBS器件的制备方法，该SiC JBS器件的制备方法包括：
步骤1、请参见图2a，选取N型衬底层1。
具体地，选取N型衬底层1，对N型衬底层1采用RCA清洗标准进行清洗。
进一步地，N型衬底层1为N型4H-SiC衬底层。
步骤2、请参见图2b，在N型衬底层1上形成N型外延层2。
具体地，采用化学气相沉积工艺，在N型衬底层1表面外延生长N型外延层2。
进一步地，N型外延层2为N型4H-SiC外延层。
步骤3、请参见图2c，在N型外延层2内注入离子形成P+注入区3。
具体地，利用离子注入方法在N型外延层2内注入Al离子形成P+注入区3。
进一步地，在650℃的环境温度下对P+注入区域进行四次Al离子注入，先后采用450keV、300keV、200keV和120keV的注入能量，将注入剂量为7.97×1013cm-2、4.69×1013cm-2、3.27×1013cm-2和2.97×1013cm-2的铝离子，注入到P+注入区域，形成P+注入区3。
优选地，P+注入区3的注入深度为400～800nm。
步骤4、请参见图2d，在N型衬底层1背面形成Ni欧姆接触金属层4。
具体地，利用磁控溅射或电子束蒸发方法在N型衬底层1背面形成Ni欧姆接触金属层。
步骤5、对已制备的N型衬底层1、N型外延层2、P+注入区3和Ni欧姆接触金属层4进行快速热退火处理。
优选地，快速热退火的温度为1000℃，时间为3min。
步骤6、请参见图2e，刻蚀P+注入区3和部分N型外延层2，以形成多个间距排列的倒梯形凹槽8，在两个倒梯形凹槽8之间具有梯形的P+注入区3。
具体地，采用反应耦合等离子体(Inductively Coupled Plasma，简称ICP)刻蚀工艺刻蚀P+注入区3，以形成多个间距排列的倒梯形凹槽。
另外，还可以采用电子回旋共振(Electron cyclotron resonance,简称ECR)刻蚀工艺来刻蚀形成倒梯形凹槽。
进一步地，倒梯形凹槽的底角为弧形，且与水平面的角度为60°～80°，刻蚀深度为1μm～1.2μm。
步骤7、请参见图2f，在倒梯形凹槽处的N型外延层2和P+注入区3上形成Ti肖特基接触金属层5。
具体地，利用磁控溅射或电子束蒸发方法在倒梯形凹槽处的N型外延层2和P+注入区3上形成Ti肖特基接触金属层5。
步骤8、对已制备的N型衬底层1、N型外延层2、P+注入区3、Ni欧姆接触金属层4、Ti肖特基接触金属层5进行快速热退火处理。
优选地，快速热退火的温度为600℃，时间为1min。
步骤9、请参见图2g，在Ti肖特基接触金属层5上形成Al接触层6。
具体地，利用电子束蒸发方法在Ti肖特基接触金属层5上形成Al接触层6。
优选地，Al接触层6的厚度为4～6μm。
步骤10、请参见图2g，在Ni欧姆接触金属层4背面形成Ti/Ni/Ag接触层7，即在Ni欧姆接触金属层4背面依次形成Ti层、Ni层、Ag层。
具体地，利用电子束蒸发方法在Ni欧姆接触金属层4背面形成Ti/Ni/Ag接触层7。
优选地，Ti/Ni/Ag接触层7中的Ti的厚度为0.1μm、Ni的厚度为1μm、Ag的厚度为1～2μm。
1、本发明通过倒梯形凹槽结构，将平面型SiC JBS的P+注入区引入到凹槽的侧壁上，从而实现横向尺寸的缩小，使元胞结构更加紧凑。
2、本发明通过设置P+注入深度、凹槽刻蚀深度以及刻蚀角度三个因素及相应的参数，从而调整P+注入区与非注入区之间的面积比，以实现器件性能的稳定。
3、本发明在Al元素注入这一步工艺中，无需光刻掩膜版，降低了器件成本和制备技术难度。
4、本发明所提出的制备方法所制备的结构，其制备难度与传统工艺相当，在相同电流需求下，通过本发明制备方法所制备的每片晶圆的器件数量可以有所提升，从而降低了制备成本。
实施例二
请参见图3，图3为本发明实施例提供的一种SiC JBS器件的示意图。本发明在实施例一的基础上还提供一种SiC JBS器件，该SiC JBS器件是利用实施例一所述的SiC JBS器件的制备方法制备而成，该SiC JBS器件包括：
N型衬底层1；
N型外延层2，位于N型衬底层1上；
若干间隔排列的倒梯形凹槽，两个倒梯形凹槽之间设置有P+注入区3，且P+注入区3位于N型衬底层1内；
Ni欧姆接触金属层4，位于N型衬底层1背面；
Ti肖特基接触金属层5，位于倒梯形凹槽处的N型外延层2和P+注入区3上；
Al接触层6，位于Ti肖特基接触金属层5上；
Ti/Ni/Ag接触层7，位于Ni欧姆接触金属层4背面。
1、本发明通过倒梯形凹槽结构，将平面型SiC JBS的P+注入区引入到凹槽的侧壁上，从而实现横向尺寸的缩小，使元胞结构更加紧凑。
2、本发明通过设置P+注入深度、凹槽刻蚀深度以及刻蚀角度三个因素及相应的参数，从而调整P+注入区与非注入区之间的面积比，以实现器件性能的稳定。
3、本发明在Al元素注入这一步工艺中，无需光刻掩膜版，降低了器件成本和制备技术难度。
4、本发明所提出的制备方法所制备的结构，其制备难度与传统工艺相当，在相同电流需求下，通过本发明制备方法所制备的每片晶圆的器件数量可以有所提升，从而降低了制备成本。
在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特数据点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特数据点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例进行接合和组合。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种SiCJBS器件的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：
步骤1、选取N型衬底层(1)，所述N型衬底层(1)为N型4H-SiC衬底层；
步骤2、在所述N型衬底层(1)上形成N型外延层(2)，所述N型外延层(2)为N型4H-SiC外延层；
步骤3、在所述N型外延层(2)内注入离子形成P+注入区(3)，所述P+注入区(3)从所述N型外延层(2)的上表面延伸至内部；
步骤4、在所述N型衬底层(1)背面形成Ni欧姆接触金属层(4)；
步骤5、对已制备的所述N型衬底层(1)、所述N型外延层(2)、所述P+注入区(3)和所述Ni欧姆接触金属层(4)在1000℃下进行快速热退火处理；
步骤6、刻蚀所述P+注入区(3)和部分厚度的所述N型外延层(2)，以形成多个间距排列的倒梯形凹槽，在两个所述倒梯形凹槽之间具有梯形的P+注入区(3)，在相邻梯形的P+注入区(3)之间的下方有部分所述N型外延层(2)被刻蚀为梯形，所述梯形的P+注入区(3)中远离所述N型衬底层(1)的一侧的宽度小于靠近所述N型衬底层(1)的一侧的宽度，经刻蚀形成的倒梯形凹槽的底部为被刻蚀后裸露的所述N型外延层(2)的表面，所述倒梯形凹槽的两个底角为弧形，且与水平面的角度为60°~80°，刻蚀深度为1μm~1.2μm；
步骤7、在所述梯形的P+注入区(3)的上表面和侧面、梯形的N型外延层(2)的侧面以及倒梯形凹槽底部的N型外延层(2)上形成Ti肖特基接触金属层(5)，相邻的P+注入区(3)之间的Ti肖特基接触金属层(5)为倒梯形凹槽结构；
步骤8、对已制备的所述N型衬底层(1)、所述N型外延层(2)、所述P+注入区(3)、所述Ni欧姆接触金属层(4)和Ti肖特基接触金属层(5)在600℃下进行快速热退火处理；
步骤9、在所述Ti肖特基接触金属层(5)上形成Al接触层(6)；
步骤10、在所述Ni欧姆接触金属层(4)背面依次形成Ti层、Ni层、Ag层，以形成Ti/Ni/Ag接触层(7)。
2.根据权利要求1所述的SiCJBS器件的制备方法，其特征在于，在所述N型外延层(2)内注入离子形成P+注入区(3)，包括：
利用离子注入方法在所述N型外延层(2)内注入Al离子形成P+注入区(3)。
3.根据权利要求2所述的SiCJBS器件的制备方法，其特征在于，所述P+注入区(3)的注入深度为400~800nm。
4.根据权利要求1所述的SiCJBS器件的制备方法，其特征在于，所述Al接触层(6)的厚度为4~6μm。
5.根据权利要求1所述的SiCJBS器件的制备方法，其特征在于，所述Ti/Ni/Ag接触层(7)中的Ti的厚度为0.1μm、Ni的厚度为1μm、Ag的厚度为1~2μm。
6.一种SiCJBS器件，利用权利要求1至5任一项所述的SiCJBS器件的制备方法制备而成，所述SiCJBS器件包括：
N型衬底层(1)；
N型外延层(2)，位于所述N型衬底层(1)上；
若干间隔排列的倒梯形凹槽，两个所述倒梯形凹槽之间设置有P+注入区(3)，且所述P+注入区(3)位于所述N型衬底层(1)内；
Ni欧姆接触金属层(4)，位于所述N型衬底层(1)背面；
Ti肖特基接触金属层(5)，位于所述倒梯形凹槽处的所述N型外延层(2)和所述P+注入区(3)上；
Al接触层(6)，位于所述Ti肖特基接触金属层(5)上；
Ti/Ni/Ag接触层(7)，位于所述Ni欧姆接触金属层(4)背面。
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| CN105931950A (zh) * | 2016-04-29 | 2016-09-07 | 北京世纪金光半导体有限公司 | 一种碳化硅高压mps二极管的制造方法 |
| CN107331616A (zh) * | 2017-06-19 | 2017-11-07 | 中国科学院微电子研究所 | 一种沟槽结势垒肖特基二极管及其制作方法 |
| CN108461549A (zh) * | 2018-02-12 | 2018-08-28 | 泰科天润半导体科技（北京）有限公司 | 一种碳化硅二极管器件及其制备方法 |
| CN108565295A (zh) * | 2018-02-12 | 2018-09-21 | 泰科天润半导体科技（北京）有限公司 | 一种碳化硅肖特基二极管及其制备方法 |
-
2022
- 2022-02-23 CN CN202210171014.4A patent/CN114999913B/zh active Active
Patent Citations (4)
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