CN114784119A - 一种4H-SiC JBS二极管正面金属化的管芯及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供的一种4H‑SiC JBS二极管正面金属化的管芯及其制造方法，包括N+衬底；N+衬底的两个端面分别与欧姆接触层和外延区接触，欧姆接触层的另一端面与阴极金属层接触，外延区另一端面内加工有若干P+区，外延区的端面外端上覆盖有氧化硅层,氧化硅层上覆盖有氮化硅层，所述外延区的中部、氧化硅层和氮化硅层的内侧、氮化硅层的上端面内端均与肖特基接触区接触，肖特基接触区的上端被阳极覆盖。本发明的肖特基结构能够在完成金属接触孔刻蚀后，直接溅射肖特基金属钛和阳极金属铝，然后进行金属光刻和刻蚀，后直接进行肖特基退火，进而一次性形成肖特基接触和阳极区，进而简化了工艺流程，可以避免肖特基区引入较多的杂质和缺陷，进而降低了器件的寄生电阻和减少了器件反向漏电通道。
Description
技术领域
本发明涉及一种4H-SiC JBS二极管正面金属化的管芯及其制造方法。
背景技术
现有技术中的4H-SiC JBS二极管在制作肖特基接触层的方法是在有源区开孔后，溅射一层肖特基金属Ti，然后进行金属剥离，后进行快速退火，界面形成肖特基接触，然后腐蚀未反应完全的金属Ti，然后蒸发一层金属铝，最后进行光刻和刻蚀形成金属铝电极。此方法的主要缺点在于其工序较为繁琐，流程复杂。针对于肖特基器件，对肖特基界面的要求较高，如果界面杂质或缺陷较多，势必会增大器件的寄生电阻和器件的漏电通道，进而会影响器件的正向压降和反向漏电流。溅射肖特基金属Ti后，经过金属剥离、快速退火、金属腐蚀等工序后，界面必然会引入一些杂质或缺陷，最终会影响器件的电参数，导致器件的正向压降和反向漏电流增大，进而增大了器件的功率损耗，导致系统回路热量较高，引起系统电路损坏。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供了一种4H-SiC JBS二极管正面金属化的管芯及其制造方法。
本发明通过以下技术方案得以实现。
本发明提供的一种4H-SiC JBS二极管正面金属化的管芯及其制造方法，包括N+衬底；N+衬底的两个端面分别与欧姆接触层和外延区接触，欧姆接触层的另一端面与阴极金属层接触，外延区另一端面内加工有若干P+区，外延区的端面外端上覆盖有氧化硅层,氧化硅层上覆盖有氮化硅层，所述外延区的中部、氧化硅层和氮化硅层的内侧、氮化硅层的上端面内端均与肖特基接触区接触，肖特基接触区的上端被阳极覆盖，所述阳极的外端及氮化硅层的上端通过钝化层覆盖。
所述P+区在外延区上加工有多个。
所述肖特基接触区为Ti金属，阳极为铝金属。如权利要求N+衬底所述的一种4H-SiC JBS二极管正面金属化的管芯及其制造方法；所述钝化层为聚酰亚胺。
所述P+区的宽度为1.5-2μm，P+区之间的间距为2-3μm。
一种4H-SiC JBS二极管管芯的制造方法，其方法为：
S1、制作N+衬底，生长低掺杂的外延区。
S2、采用PECVD方式在外延区上淀积氧化硅薄膜形成氧化硅层；
S3、在上光刻出P+离子注入窗口；
S4、在P+离子注入窗口进行Al3+离子注入形成P+区，后将氧化硅全部腐蚀；
S5、采用溅射方式在P+区上溅射碳膜，然后进行高温退火，激活 Al3+后除去表面碳膜；
S6、采用热氧化方式生在外延区和P+区表面上长一层薄氧化层，后采用PECVD方式正面分别淀积氧化硅层和氮化硅层薄膜；
S7、采用溅射方式在N+衬底背面淀积一层Ni金属薄膜，然后进行快速退火，背面形成欧姆接触；
S8、将外延区表面中部上的氧化硅层和氮化硅层光刻去除；
S9、采用磁控溅射方式，在外延区表面中部淀积金属Ti和金属Al 薄膜；
S10、光刻去除氮化硅层外端上的金属Ti和金属Al薄膜；
S11、进行高温退火，形成肖特基接触区和阳极；
S12、正面涂覆一层聚酰亚胺，并进行曝光，显影形成Pad区；
S13、进行背面金属化，在N+衬底背面溅射Ti/Ni/Ag形成阴极金属层。
所述外延区的掺杂浓度为5E15-7E15 cm-3，外延区的厚度为8-11 μm。
所述S4中Al3+离子注入采用四次离子注入，离子注入衬底温度为 600℃，四次离子注入工艺剂量和能量分别为：第一次剂量 7E14-8E14cm-2，第一次能量360-420kev；第二次剂量 4.5E14-5.2E14cm-2，第二次能量200-280kev；第三次剂量 3E14-4E14cm-2，第三次能量100-150kev；第四次剂量2E14-2.5E14cm-2，第四次能量50-70kev。
所述S7中快速退火在氮气气氛下进行，退火温度为760-950℃，时间为0.6-1min。
所述肖特基接触区和阳极的厚度分别为80-100nm和2-4um。
本发明的有益效果在于：肖特基结构能够在完成金属接触孔刻蚀后，直接溅射肖特基金属钛和阳极金属铝，然后进行金属光刻和刻蚀，后直接进行肖特基退火，进而一次性形成肖特基接触和阳极区，进而简化了工艺流程，可以避免肖特基区引入较多的杂质和缺陷，进而降低了器件的寄生电阻和减少了器件反向漏电通道，因此此结构和工艺方法能够有效降低器件的正向压降和器件的反向漏电流，进而降低器件工作时的功率损耗，增强器件的可靠性。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是现有二极管的结构示意图；
图中：1-N+衬底，2-欧姆接触层，3-阴极金属层，4-N-外延区， 5-P+区，6-氧化硅层，7-氮化硅层，8-肖特基接触区，9-阳极，10-钝化层。
具体实施方式
下面进一步描述本发明的技术方案，但要求保护的范围并不局限于所述。
一种4H-SiC JBS二极管正面金属化的管芯及其制造方法，包括 N+衬底1；N+衬底1的两个端面分别与欧姆接触层2和外延区4接触，欧姆接触层2的另一端面与阴极金属层3接触，外延区4另一端面内加工有若干P+区5，外延区4的端面外端上覆盖有氧化硅层6,氧化硅层6 上覆盖有氮化硅层7，所述外延区4的中部、氧化硅层6和氮化硅层7 的内侧、氮化硅层7的上端面内端均与肖特基接触区8接触，肖特基接触区8的上端被阳极9覆盖，所述阳极9的外端及氮化硅层7的上端通过钝化层10覆盖。
所述P+区5在外延区4上加工有多个。
所述肖特基接触区8为Ti金属，阳极9为铝金属。如权利要求N+ 衬底1所述的一种4H-SiC JBS二极管正面金属化的管芯及其制造方法；所述钝化层10为聚酰亚胺。
所述P+区5的宽度为1.5-2μm，P+区5之间的间距为2-3μm，P+ 区5采用的是条形元胞结构。
一种4H-SiC JBS二极管管芯的制造方法，其方法为：
S1、选取<0001>晶向4H-SiC单晶片材料作为N+衬底1，生长低掺杂浓度为7e15 cm-3，厚度为11um的外延区4。
S2、采用PECVD方式在外延区4上淀积氧化硅薄膜形成氧化硅层 6，薄膜厚度为
S3、行匀胶、曝光、显影，干法刻蚀氧化硅并去胶，形成P+区离子注入窗口；
S4、在P+离子注入窗口进行四次Al3+离子注入，离子注入衬底温度为600℃，四次离子注入工艺剂量和能量分别为：第一次剂量 8E14cm-2，第一次能量420kev；第二次剂量5.2E14cm-2，第二次能量 280kev；第三次剂量4E14cm-2，第三次能量150kev；第四次剂量2.5E14cm-2，第四次能量70kev，后将氧化硅全部腐蚀；
S5、采用溅射方式在P+区5上溅射碳膜，然后进行高温退火，高温退火的温度和时间分别为1700℃、60min，其主要目的是激活注入的Al3+，然后采用氧等离子体去除表面碳膜；
S6、采用热氧化方式生在外延区4和P+区5表面上长一层薄氧化层，薄膜厚度为
热氧化采用湿氧氧化，其温度为1200-1300℃，然后在1200-1300℃NO气氛下进行高温退火，后采用PECVD方式正面分别淀积厚度为
的氧化硅层6和
氮化硅层7薄膜；采用热氧化方式生长致密薄氧化硅，热氧化采用湿氧氧化，其温度为950℃，氧化时间为3h；
S7、进行晶圆正面进行匀胶和光刻胶固化，然后背面蒸发140nm Ni金属，蒸发后去掉表面的光刻胶，然后采用溅射方式在N+衬底1背面淀积一层Ni金属薄膜，然后进行快速退火，退火温度和时间分别为 950℃、1min，在芯片背面形成欧姆接触；
S8、将外延区4表面中部上的氧化硅层6和氮化硅层7光刻去除；
S9、采用磁控溅射方式，在外延区4表面中部淀积金属Ti和金属 Al薄膜；
S10、光刻去除氮化硅层7外端上的金属Ti和金属Al薄膜；
S11、采用真空退火方式进行退火形成正面欧姆接触，形成肖特基接触区8和阳极9以，退火温度和时间分别为500℃、30min高温退火，肖特基接触区8和阳极9的厚度分别为100nm和4um；
S12、正面涂覆一层聚酰亚胺，并进行曝光，显影形成Pad区；
S13、进行背面金属化，在N+衬底1背面溅射Ti/Ni/Ag形成阴极金属层3，Ti/Ni/Ag厚度分别为50/300/100nm。
表1现有技术与改进后的参数对比
Claims (10)
1.一种4H-SiC JBS二极管正面金属化管芯，包括N+衬底(1)，其特征在于：N+衬底(1)的两个端面分别与欧姆接触层(2)和外延区(4)接触，欧姆接触层(2)的另一端面与阴极金属层(3)接触，外延区(4)另一端面内加工有若干P+区(5)，外延区(4)的端面外端上覆盖有氧化硅层(6),氧化硅层(6)上覆盖有氮化硅层(7)，所述外延区(4)的中部、氧化硅层(6)和氮化硅层(7)的内侧、氮化硅层(7)的上端面内端均与肖特基接触区(8)接触，肖特基接触区(8)的上端被阳极(9)覆盖，所述阳极(9)的外端及氮化硅层(7)的上端通过钝化层(10)覆盖。
2.如权利要求1所述的4H-SiC JBS二极管正面金属化管芯，其特征在于：所述P+区(5)在外延区(4)上加工有多个。
3.如权利要求1所述的4H-SiC JBS二极管正面金属化管芯，其特征在于：所述肖特基接触区(8)为Ti金属，阳极(9)为铝金属，所述钝化层(10)为聚酰亚胺。
4.如权利要求1所述的4H-SiC JBS二极管正面金属化管芯，其特征在于：所述P+区(5)的宽度为1.5-2μm，P+区(5)之间的间距为2-3μm。
5.一种4H-SiC JBS二极管管芯的制造方法，其方法步骤为：
S1、制作N+衬底(1)，生长低掺杂的外延区(4)。
S2、采用PECVD方式在外延区(4)上淀积氧化硅薄膜形成氧化硅层(6)；
S3、在上光刻出P+离子注入窗口；
S4、在P+离子注入窗口进行Al3+离子注入形成P+区(5)，后将氧化硅全部腐蚀；
S5、采用溅射方式在P+区(5)上溅射碳膜，然后进行高温退火，激活Al3+后除去表面碳膜；
S6、采用热氧化方式生在外延区(4)和P+区(5)表面上长一层薄氧化层，后采用PECVD方式正面分别淀积氧化硅层(6)和氮化硅层(7)薄膜；
S7、采用溅射方式在N+衬底(1)背面淀积一层Ni金属薄膜，然后进行快速退火，背面形成欧姆接触；
S8、将外延区(4)表面中部上的氧化硅层(6)和氮化硅层(7)光刻去除；
S9、采用磁控溅射方式，在外延区(4)表面中部淀积金属Ti和金属Al薄膜；
S10、光刻去除氮化硅层(7)外端上的金属Ti和金属Al薄膜；
S11、进行高温退火，形成肖特基接触区(8)和阳极(9)；
S12、正面涂覆一层聚酰亚胺，并进行曝光，显影形成Pad区；
S13、进行背面金属化，在N+衬底(1)背面溅射Ti/Ni/Ag形成阴极金属层(3)。
6.如权利要求5所述的4H-SiC JBS二极管管芯的制造方法，其特征在于：所述外延区(4)的掺杂浓度为5E15-7E15cm-3，外延区(4)的厚度为8-11μm。
7.如权利要求5所述的4H-SiC JBS二极管管芯的制造方法，其特征在于：所述S4中Al3+离子注入采用四次离子注入，离子注入时衬底温度为600℃，四次离子注入工艺剂量和能量分别为：第一次剂量7E14-8E14cm-2，第一次能量360-420kev；第二次剂量4.5E14-5.2E14cm-2，第二次能量200-280kev；第三次剂量3E14-4E14cm-2，第三次能量100-150kev；第四次剂量2E14-2.5E14cm-2，第四次能量50-70kev。
8.如权利要求5所述的4H-SiC JBS二极管管芯的制造方法，其特征在于：所述S7中快速退火在氮气气氛下进行，退火温度为760-950℃，时间为0.6-1min。
9.如权利要求5所述的4H-SiC JBS二极管管芯的制造方法，其特征在于：所述肖特基接触区(8)和阳极(9)的厚度分别为80-100nm和2-4um。
10.如权利要求5所述的4H-SiC JBS二极管管芯的制造方法，其特征在于：所述阴极金属层(3)中Ti/Ni/Ag层的厚度分别为50/300/100nm。
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| CN116487445A (zh) * | 2023-06-19 | 2023-07-25 | 西安电子科技大学 | 一种用n-区包围p+渐变环的碳化硅功率器件及其制备方法 |
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