[发明专利]碳化硅嵌入式电极平面型光导开关及其制作方法

摘要

本发明公开了一种碳化硅嵌入式电极平面型光导开关及其制作方法，主要解决现有技术中平面型光导开关在相同电极间距下耐压小的问题。该光导开关自下而上为半绝缘碳化硅衬底(1)、致密绝缘氧化层(2)和SiO2钝化层(3)，在半绝缘碳化硅衬底(1)上部两端及其表面上层的致密绝缘氧化层(2)和SiO2钝化层(3)对应位置处开有两个深度均为2～5μm的凹槽(6，7)，一对厚度均为3～7μm的欧姆接触电极(4，5)分别嵌入到这两个凹槽(6，7)中。本发明在相同击穿电压条件下导通电阻更小，耐压性更高，器件尺寸可以进一步减小，可用于高速大功率脉冲系统中。

主权项

一种制作基于碳化硅平面型光导开关的方法，包括如下步骤：(1)对碳化硅半绝缘衬底样片进行清洗；(2)用磁控溅射铝膜作为刻蚀掩膜层，采用电感耦合等离子刻蚀法在清洗后的样片上进行台面刻蚀形成两个深度均为2～5μm，横向宽度均为2～3mm，纵向长度均为5～10mm凹槽，这两个槽的边缘角均为1/4圆弧；(3)采用PECVD的方法在刻槽后的碳化硅半绝缘衬底样片表面淀积厚度为2μm的SiO2作为离子注入的阻挡层；(4)在SiO2阻挡层上涂胶，用光刻版在涂胶后的SiO2阻挡层上刻蚀出对应凹槽位置的窗口图案，并用浓度为5％的HF酸腐蚀掉窗口图案位置下的阻挡层，阻挡层表面所开窗口即为离子注入的窗口，并去胶清洗；(5)对阻挡层开窗后的样片进行三次磷离子注入，注入的能量分别为150keV、80keV、30keV，注入的剂量分别为0.931×1015cm‑2、5.72×1015cm‑2、3.4×1015cm‑2，使半绝缘碳化硅衬底表面掺杂浓度为2×1020cm‑3；(6)离子注入完成后腐蚀掉样片表面剩余的SiO2阻挡层，清洗样片表面的残留物；(7)在清洗残留物后的样片表面涂BN310负胶，将该样片置于300～400℃温度环境中加热90分钟进行碳膜溅射；然后在1550～1750℃温度范围内退火10分钟，以在样片表面形成厚度为150nm的良好欧姆接触；再在900～1100℃温度范围内干氧氧化15分钟，以去除表面碳膜；(8)将去除表面碳膜的样片在900～1100℃温度范围内进行4个小时的干氧氧化，在样片表面形成厚度为15～20nm的致密绝缘氧化层；(9)用PECVD法在致密绝缘氧化层表面淀积厚度为1～2μm的SiO2钝化层；(10)在SiO2钝化层上旋涂光刻胶，利用金属层的掩膜版作刻蚀阻挡层；用浓度为5％的HF酸腐蚀10秒，将半绝缘衬底上层对应凹槽位置处的致密绝缘氧化层和SiO2钝化层刻蚀掉，刻蚀出的凹槽窗口区域即为要做金属电极的区域；(11)在开窗后的样片表面涂胶，使用金属层掩膜版光刻出金属图形；通过磁控溅射在样片的两个凹槽中淀积厚度为80～100nm的金属Ni，在Ar气环境中升温至900～1100℃范围，保持10分钟后冷却至室温；(12)在冷却至室温的样片表面涂胶，使用金属层掩膜版光刻出金属图形；通过磁控溅射法在两个凹槽处淀积厚度为3～7μm的Au金属合金，通过超声波剥离形成金属电极，形成一对横向宽度d为2～3mm，纵向长度W为5～10mm，厚度n为3～7μm的欧姆接触电极；再在Ar气环境中升温至450～650℃范围，保持5分钟后冷却至室温，完成碳化硅嵌入式平面型光导开关的制作。