[发明专利]一种碳化硅超结二极管及其制备方法

说明书

本发明提供了一种碳化硅超结二极管及其制备方法，所述制备方法包括在碳化硅衬底的正面形成外延薄膜，并采用高温高能离子注入方法向外延薄膜的上表面注入离子，形成超结结构；分别在外延薄膜的上表面和碳化硅衬底的背面淀积金属，形成第一金属电极和第二金属电极。与现有技术相比，本发明提供的一种碳化硅超结二极管及其制备方法，通过增加超结结构可以使碳化硅超结二极管的耐压能力只与其外延薄膜相关，与外延薄膜的掺杂浓度无关，可以通过提高外延薄膜的掺杂浓度及引入空穴的方法降低碳化硅超结二极管导通的通态电阻。

技术领域

本发明涉及半导体器件技术领域，具体涉及一种碳化硅超结二极管及其制备方法。

背景技术

碳化硅材料具有宽带隙，高击穿场强，高热导率，高饱和电子迁移速率，以及极好的物理化学稳定性等特性，适用于高温，高频，大功率和极端环境下工作。碳化硅二极管包括单极型器件和双极型器件两大类，单极型器件指的是在工作状态下只有一种载流子导电的器件，如肖特基二极管和结势垒肖特基二极管；双极型器件指的是在工作状态下有两种载流子导电的器件，如PiN二极管。单极型器件开启电压小，但是制备高压器件时，漂移层厚度随之增加，导致通态电阻增大，器件通态损耗较大；双极型器件具有少子的电导调制效应可以降低通态电阻，但是由于碳化硅的PN结自建电势差较大，开启电压高达3V，同样导致了较大的通态损耗。

发明内容

为了满足克服现有技术的缺陷，本发明提供了一种碳化硅超结二极管及其制备方法。

第一方面，本发明中一种碳化硅超结二极管的制备方法的技术方案是：

所述制备方法包括：

在碳化硅衬底的正面形成外延薄膜，并采用高温高能离子注入方法向所述外延薄膜的上表面注入离子，形成超结结构；

分别在所述外延薄膜的上表面和碳化硅衬底的背面淀积金属，形成第一金属电极和第二金属电极。

进一步地，本发明提供的一个优选技术方案为：所述采用高温高能离子注入方法向外延薄膜的上表面注入离子之前包括：

采用RCA标准清洗法对所述碳化硅衬底和外延薄膜进行清洗；

在所述清洗后的外延薄膜的上表面形成离子注入掩膜层；

在所述离子注入掩膜层的上表面形成离子注入窗口，并通过所述离子注入窗口向外延薄膜注入离子。

进一步地，本发明提供的一个优选技术方案为：所述采用高温高能离子注入方法向外延薄膜的上表面注入离子包括：采用单步离子注入法或多步离子注入法向外延薄膜注入离子。

进一步地，本发明提供的一个优选技术方案为：

所述高温高能离子注入方法的温度为0～1000℃，离子注入能量为1kev～500MeV，离子注入剂量为1×10¹⁰-1×10¹⁶(atom/cm^-2)。

第二方面，本发明中一种碳化硅超结二极管的技术方案是：

所述碳化硅超结二极管包括：

碳化硅衬底；

外延薄膜，其设置在所述碳化硅衬底的正面；

超结结构，其设置在所述外延薄膜内；所述超结结构为通过高温高能离子注入方法向所述外延薄膜的上表面注入离子形成的超结结构；

第一金属电极，其设置在所述外延薄膜的上表面；

第二金属电极，其设置在所述碳化硅衬底的背面。

进一步地，本发明提供的一个优选技术方案为：

所述碳化硅衬底为n型或p型碳化硅，所述碳化硅为4H-SiC或6H-SiC；