RU2395868C1 - METHOD FOR MANUFACTURING OF INTEGRATED SCHOTTKY-pn DIODES BASED ON SILICON CARBIDE - Google Patents

METHOD FOR MANUFACTURING OF INTEGRATED SCHOTTKY-pn DIODES BASED ON SILICON CARBIDE Download PDF

Info

Publication number
RU2395868C1
RU2395868C1 RU2009122643/28A RU2009122643A RU2395868C1 RU 2395868 C1 RU2395868 C1 RU 2395868C1 RU 2009122643/28 A RU2009122643/28 A RU 2009122643/28A RU 2009122643 A RU2009122643 A RU 2009122643A RU 2395868 C1 RU2395868 C1 RU 2395868C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
silicon carbide
schottky
annealing
diodes
implantation
Prior art date
Application number
RU2009122643/28A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Игорь Всеволодович Грехов (RU)
Игорь Всеволодович Грехов
Павел Анатольевич Иванов (RU)
Павел Анатольевич Иванов
Александр Сергеевич Потапов (RU)
Александр Сергеевич Потапов
Татьяна Павловна Самсонова (RU)
Татьяна Павловна Самсонова
Олег Игоревич Коньков (RU)
Олег Игоревич Коньков
Наталья Дмитриевна Ильинская (RU)
Наталья Дмитриевна Ильинская
Original Assignee
Учреждение Российской академии наук, Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе РАН
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Учреждение Российской академии наук, Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе РАН filed Critical Учреждение Российской академии наук, Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе РАН
Priority to RU2009122643/28A priority Critical patent/RU2395868C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2395868C1 publication Critical patent/RU2395868C1/en

Links

Landscapes

  • Electrodes Of Semiconductors (AREA)

Abstract

FIELD: electricity.
SUBSTANCE: method for manufacturing of integrated Schottky-pn diodes on the basis of silicon carbide includes development of p-areas with rectangular profile of alloying by implantation of boron ions with energies from the range of values (190÷700) keV and doses from the range of (1*1013÷1*1015) cm-2 in weakly alloyed epitaxial layer of silicon carbide of n-type, arranged on intensely alloyed substrate of silicon carbide of n-type, at room temperature through photoresist mask for simultabneous formation of the main protective pn-transition, floating protective rings and subcontact p-areas. Implantation is carried out by means of photolithography with resolution from 0.5 micrometre to 1 micrometre, then annealing is performed in inertial atmosphere at the temperature from the range of (1500÷1600)°C for the time of (30÷90) minutes under layer of applied graphite. Further surface is oxidised, sputtering is carried out onto reverse side of nickel plate, as well as its burn-in to shape ohm contact, opening windows in oxide and sputtering of nickel Schottky contact with further annealing in inertial atmosphere.
EFFECT: invention makes it possible to produce integrated Schottky-pn diodes with increased breakthrough voltage by simpler and cheaper method with preservation of efficiency.
7 ex

Description

Изобретение относится к области электронной техники, а более конкретно - к технологии создания высоковольтных полупроводниковых диодов, и может быть использовано для создания интегрированных Шоттки-pn диодов на основе карбида кремния.The invention relates to the field of electronic technology, and more specifically to a technology for creating high-voltage semiconductor diodes, and can be used to create integrated Schottky-pn silicon carbide diodes.

Широкое применение диодов Шоттки (ДШ) всегда сдерживалось тем, что при обратном смещении в них имеют место избыточные утечки, а напряжение пробоя ДШ обычно меньше, чем у pn-переходов. В 4H-SiC (на основе карбида кремния) ДШ при большом обратном напряжении электрическое поле в плоскости металлического контакта достигает ~106 В/см. При таких больших полях могут возникать объемные утечки, обусловленные полевой и/или термополевой эмиссией электронов из металла в полупроводник. Для подавления (по крайней мере, частичного) такого рода утечек предложены JBS-структуры (внедренные под контакт Шоттки р-области) и созданы JBS-диоды (интегрированные Шоттки-pn диоды).The widespread use of Schottky diodes (DShs) has always been constrained by the fact that during reverse bias, excessive leakages occur in them, and the voltage of the DSH breakdown is usually lower than that of pn junctions. In 4H-SiC (based on silicon carbide), at high reverse voltage, the electric field in the plane of the metal contact reaches ~ 10 6 V / cm. At such large fields, volumetric leaks can occur due to field and / or thermal field emission of electrons from a metal into a semiconductor. To suppress (at least partial) such leaks, JBS structures (embedded under the Schottky p-region) were proposed and JBS diodes (integrated Schottky pn diodes) were created.

Токи утечки по краю металлического контакта полупроводникового прибора при обратном смещении объясняются концентрацией силовых линий электрического поля по периферии контакта. Существует множество способов создания охраны краевого контура: расширенная металлизация [J.N.Su and A.J.Steckl // Inst. Phys. Conf. Ser. No 142: Chapter 1, 1996, p.697]; эпитаксиальные [K.Ueno, Т.Urushidani et al. // Inst. Phys. Conf. Ser. No 142: Chapter 1, 1996, p.693] и имплантированные [Грехов И.В., Иванов П.А., Ильинская Н.Д., Коньков О.И., Потапов А.С., Самсонова Т.П. // ФТП, 42 (2), 2008, с.211-214] pn-переходные охранные кольца; плавающие охранные кольца [D.C.Sheridan, J.N.Merrett, J.D.Cressler et al. // Materials Science Forum. Vol.353-356, 2001, p.687] и другие. С точки зрения эффективности работы, плавающие охранные кольца оказываются эффективными, позволяя в ряде случаев практически полностью избавиться от краевых эффектов [П.А.Иванов, И.В.Грехов, Т.П.Самсонова // ФТП ФТП, 2005, 39 (12), с.1476].The leakage currents along the edge of the metal contact of the semiconductor device during reverse bias are explained by the concentration of electric field lines along the periphery of the contact. There are many ways to create edge contour protection: advanced metallization [J.N. Su and A.J.Steckl // Inst. Phys. Conf. Ser. No 142: Chapter 1, 1996, p.697]; epitaxial [K. Ueno, T. Urushidani et al. // Inst. Phys. Conf. Ser. No 142: Chapter 1, 1996, p.693] and implanted [Grekhov I.V., Ivanov P.A., Ilyinskaya N.D., Konkov O.I., Potapov A.S., Samsonova T.P. // FTP, 42 (2), 2008, p.211-214] pn-transition guard rings; floating guard rings [D.C. Sheridan, J.N. Merrett, J.D. Cressler et al. // Materials Science Forum. Vol.353-356, 2001, p.687] and others. From the point of view of work efficiency, floating guard rings are effective, allowing in some cases to almost completely get rid of edge effects [P.A. Ivanov, I.V. Grekhov, T.P. Samsonova // FTP FTP, 2005, 39 (12 ), p.1476].

Известен способ создания JBS-диодов на основе карбида кремния [S.J.Kim, S.Kim, S.C.Kim, I.H.Kang, K.H.Lee and T.Matsuoka // Materials Science Forum. Vol.556-557, 2007, p.869] с одновременной имплантацией охранных колец и JBS-структур. По этому способу производится горячая имплантация алюминия через маску из оксида кремния ионами разных энергий для формирования бокс-профиля имплантированной примеси. Постимплантационный отжиг осуществляется в аргоновой атмосфере в течение 30 минут при температуре 1650°С. После отжига на обратной стороне пластины напылением формируется никелево-титановый омический контакт, который вжигается в атмосфере азота при температуре 900°С в течение 1.5 часов. Никелевый Шоттки-контакт, утолщенный алюминием, напыляется на верхней стороне пластины и не вжигается.A known method of creating JBS diodes based on silicon carbide [S.J. Kim, S. Kim, S. C. Kim, I. H. Kang, K. H. Lee and T. Matsuoka // Materials Science Forum. Vol.556-557, 2007, p.869] with the simultaneous implantation of guard rings and JBS structures. This method involves the hot implantation of aluminum through a mask of silicon oxide with ions of different energies to form a box profile of the implanted impurity. Postimplantation annealing is carried out in an argon atmosphere for 30 minutes at a temperature of 1650 ° C. After annealing, a nickel-titanium ohmic contact forms on the reverse side of the plate by sputtering, which is burned in a nitrogen atmosphere at a temperature of 900 ° C for 1.5 hours. Nickel Schottky-contact, thickened with aluminum, is sprayed on the upper side of the plate and does not burn.

Однако данный способ имеет недостатки. Во-первых, необходимость использования в технологическом процессе микронной и даже субмикронной фотолитографии (из-за того, что диффузия алюминия в карбиде кремния при разумных температурах незначительна [F.Giannazzo, F.Roccaforte, D.Salinas, and V.Raineri. Mat. Science Forum, 600-603, (2009), p.603]), что делает подобный способ очень дорогим при промышленном производстве. Во-вторых, невысокая скорость переключения диодов, создаваемых по данной технологии, т.к. благодаря небольшой энергии ионизации алюминия концентрация свободных дырок в слоях 4H-SiC<Al> существенно большая, а при увеличении концентрации дырок в р-области увеличивается коэффициент инжекции pn-перехода.However, this method has disadvantages. First, the need to use micron and even submicron photolithography in the process (due to the fact that diffusion of aluminum in silicon carbide at reasonable temperatures is negligible [F. Giannazzo, F. Roccaforte, D. Salinas, and V. Raineri. Mat. Science Forum, 600-603, (2009), p.603]), which makes such a method very expensive in industrial production. Secondly, the low switching speed of the diodes created by this technology, because Owing to the small ionization energy of aluminum, the concentration of free holes in the 4H-SiC <Al> layers is significantly higher, and with an increase in the hole concentration in the p-region, the injection coefficient of the pn junction increases.

Наиболее близким способом (прототипом) к заявляемому изобретению по совокупности признаков является способ создания интегрированных Шоттки-pn диодов на основе карбида кремния (4Н-SiC) с борными плавающими охранными кольцами и структурами JBS (подконтактными р-n переходами) [WO 2006122252, опубл. 16-11-2006, заявка США US 2006255423]. По этому способу на верхней стороне пластины 4H-SiC n-типа с эпитаксиальным слоем n-типа через маску, выполненную из фоторезиста, с разрешением 0.05 мкм, проводится ионная имплантация бора на глубину до 1 мкм для одновременного создания охранных колец и структур JBS. В верхней части колец дополнительной имплантацией создаются слаболегированные р-области для повышения быстродействия. Постимплантационный отжиг производится под слоем графита в смеси газов Ar+SiH4 при температурах (1300÷1800)°С в течение непродолжительного времени (так, что сколько-нибудь заметная диффузия бора не наблюдается). После отжига поверхность, подвергшаяся имплантации, окисляется. На обратной стороне формируется омический контакт напылением и вжиганием никеля при температуре (600÷1200)°С в инертной атмосфере (аргона или азота). В окна, вскрытые в окисле на верхней стороне пластины, напыляется никелевый контакт Шоттки, который отжигается при температуре (200÷800)°С. Создаваемые этим способом диоды обладают высоким быстродействием.The closest method (prototype) to the claimed invention in terms of features is a method of creating integrated Schottky-pn diodes based on silicon carbide (4H-SiC) with boron floating guard rings and JBS structures (contact pn junctions) [WO 2006122252, publ. 16-11-2006, US Application US 2006255423]. According to this method, on the upper side of an n-type 4H-SiC plate with an n-type epitaxial layer through a mask made of photoresist, with a resolution of 0.05 μm, boron ion implantation is carried out to a depth of 1 μm to simultaneously create guard rings and JBS structures. In the upper part of the rings, additional implantation creates lightly doped p-regions to increase speed. Postimplantation annealing is performed under a graphite layer in an Ar + SiH 4 gas mixture at temperatures (1300 ÷ 1800) ° C for a short time (so that no appreciable boron diffusion is observed). After annealing, the implanted surface is oxidized. An ohmic contact is formed on the reverse side by sputtering and burning nickel at a temperature of (600 ÷ 1200) ° С in an inert atmosphere (argon or nitrogen). The windows opened in the oxide on the upper side of the plate are sprayed with a Schottky nickel contact, which is annealed at a temperature of (200 ÷ 800) ° С. The diodes created in this way are highly responsive.

Главными недостатками способа являются его сложность и дороговизна из-за необходимости использовать фотолитографию с высоким разрешением для создания структур JBS и системы охранных колец, расположенных на близких расстояниях для увеличения напряжения пробоя, и формировать дополнительные слаболегированные р-области для высокого быстродействия. Несмотря на сложность способа, в конечном приборе удалось достигнуть лишь 1200 В напряжения пробоя диода (43% от теоретического предела).The main disadvantages of the method are its complexity and high cost due to the need to use high-resolution photolithography to create JBS structures and a guard ring system located at close distances to increase the breakdown voltage, and to form additional lightly doped p-regions for high speed. Despite the complexity of the method, only 1200 V of the breakdown voltage of the diode was achieved in the final device (43% of the theoretical limit).

Предлагаемое изобретение решает задачи создания интегрированных Шоттки-pn диодов с увеличенным напряжением пробоя более простым и дешевым способом при сохранении быстродействия.The present invention solves the problem of creating integrated Schottky-pn diodes with increased breakdown voltage in a simpler and cheaper way while maintaining performance.

Задача решается способом изготовления интегрированных Шоттки-pn диодов на основе карбида кремния, включающим создание р-областей с прямоугольным профилем легирования имплантацией ионов бора с энергиями из интервала значений (190÷700) кэВ и дозами из интервала (1×1013÷1×1015) см-2 в слаболегированный эпитаксиальный слой карбида кремния n-типа, расположенный на сильнолегированной подложке карбида кремния n-типа, при комнатной температуре через маску из фоторезиста для одновременного формирования основного охранного pn-перехода, плавающих охранных колец и подконтактных р-областей, выполненной фотолитографией с разрешением от 0.5 мкм до 1 мкм, отжиг в инертной атмосфере при температуре из интервала (1500÷1600)°С в течение времени (30÷90) минут под слоем нанесенного графита, окисление поверхности, напыление на обратную сторону пластины никеля и его вжигание для формирования омического контакта, вскрытие окон в окисле и напыление никелевого Шоттки-контакта с последующим отжигом в инертной атмосфере.The problem is solved by the method of manufacturing integrated Schottky-pn diodes based on silicon carbide, including the creation of p-regions with a rectangular doping profile by implantation of boron ions with energies from the interval of values (190 ÷ 700) keV and doses from the interval (1 × 10 13 ÷ 1 × 10 15 ) cm -2 into a lightly doped epitaxial layer of n-type silicon carbide located on a heavily doped n-type silicon carbide substrate at room temperature through a photoresist mask to simultaneously form the main protective pn junction, floating guards rings and contact p-regions, performed by photolithography with a resolution of 0.5 μm to 1 μm, annealing in an inert atmosphere at a temperature from the interval (1500 ÷ 1600) ° С for a time (30 ÷ 90) minutes under a layer of deposited graphite, surface oxidation sputtering on the reverse side of the nickel plate and burning it to form an ohmic contact, opening the windows in the oxide and spraying the nickel Schottky contact followed by annealing in an inert atmosphere.

Сущность изобретения поясняется тем, что в слаболегированный эпитаксиальный слой карбида кремния n-типа имплантируют ионы бора с высокой энергией, что способствует их глубокому проникновению в слой, а при длительном отжиге при высоких температурах происходит диффузия бора как в вертикальном, так и в латеральном направлении, в результате чего формируется плавный профиль распределения имплантированной примеси, образуя протяженные области перекомпенсации, и вследствие этих процессов диффузии при большой глубине проникновения бора подконтактные р-области, основной охранный pn-переход и плавающие охранные кольца формируются на необходимых близких расстояниях друг от друга для обеспечения высокого напряжения пробоя, причем без применения фотолитографии с высоким разрешением, а также обеспечивается высокое быстродействие без формирования дополнительных слаболегированных областей.The essence of the invention is explained by the fact that boron ions with high energy are implanted in a lightly doped epitaxial layer of n-type silicon carbide, which contributes to their deep penetration into the layer, and with prolonged annealing at high temperatures, boron diffuses both in the vertical and lateral directions, as a result, a smooth distribution profile of the implanted impurity is formed, forming extended regions of overcompensation, and as a result of these diffusion processes at a large penetration depth of boron under ntaktnye p-type region, the main protective pn-junction and the floating guard rings are formed on the necessary close distances from each other to ensure a high breakdown voltage, without the use of photolithography with high resolution, and also provides high speed without generating additional lightly doped regions.

При исследованиях выяснено, что на эффективность работы охранных колец и JBS-структур оказывает влияние глубина залегания охранного pn-перехода, а также профиль распределения примеси. С помощью вторичной ионной масс-спектрометрии было показано, что при термическом отжиге слоев 4Н-SiC, имплантированных бором при комнатной температуре, происходит заметная диффузионная разгонка внедренных имплантацией атомов бора уже при температурах (1500÷1600)°С. Было установлено, что механизм диффузии из имплантированного источника существенно неравновесный (transient enhanced diffusion, TED), стимулированный радиационными нарушениями. Благодаря TED-механизму имплантированный бором pn-переход в SiC может быть сформирован на большей, чем пробег ионов бора, глубине. Кроме того, получаемый профиль распределения примеси представляет собой pn-переход с нерезкой границей, то есть концентрация акцепторных примесей (бора) в n-слое плавно уменьшается вглубь эпитаксиального слоя от поверхности, образуя протяженную область перекомпенсации. Это позволяет формировать высоковольтные планарные pn-переходы в карбиде кремния и диоды на их основе.The studies revealed that the efficiency of the guard rings and JBS structures is influenced by the depth of the guard pn junction, as well as the distribution profile of the impurity. Using secondary ion mass spectrometry, it was shown that during thermal annealing of 4H-SiC layers implanted with boron at room temperature, a noticeable diffusion acceleration of boron atoms introduced by implantation occurs even at temperatures (1500--1600) ° С. It was found that the mechanism of diffusion from the implanted source is substantially nonequilibrium (transient enhanced diffusion, TED), stimulated by radiation disturbances. Thanks to the TED mechanism, a pn junction implanted by boron in SiC can be formed at a depth greater than the range of boron ions. In addition, the obtained impurity distribution profile is a pn junction with an unsharp boundary, i.e., the concentration of acceptor impurities (boron) in the n layer gradually decreases into the epitaxial layer from the surface, forming an extended region of overcompensation. This allows one to form high-voltage planar pn junctions in silicon carbide and diodes based on them.

Для достижения высокого быстродействия интегрированных Шоттки-pn диодов в имплантированных р-областях в непосредственной близости от Шоттки металла и в прототипе и в предлагаемом способе создаются слаболегированные р-области и формируется барьер Шоттки между имплантированными слоями и Шоттки-металлом. Благодаря этому барьеру, включенному последовательно в противоположном по отношению к pn-переходам JBS-структур и охранных колец направлении, существенным образом подавляется инжекция из областей с борной имплантацией, что делает такие интегрированные Шоттки-pn диоды сравнимыми по скоростям переключения с обычными диодами Шоттки. Но в предлагаемом способе слаболегированная р-область вблизи Шоттки металла в отличие от прототипа создается за счет глубокой имплантации бора с его последующей диффузией в процессе длительного отжига, что не требует дополнительных операций и технологически проще и дешевле, чем в прототипе.To achieve high performance integrated Schottky-pn diodes in implanted p-regions in the immediate vicinity of the Schottky metal and in the prototype and in the proposed method, lightly doped p-regions are created and a Schottky barrier is formed between the implanted layers and the Schottky metal. Due to this barrier, connected in series in the opposite direction with respect to the pn junctions of the JBS structures and guard rings, injection from areas with boron implantation is substantially suppressed, which makes such integrated Schottky-pn diodes comparable in switching speeds to conventional Schottky diodes. But in the proposed method, the lightly doped region near the Schottky metal, unlike the prototype, is created by deep boron implantation with its subsequent diffusion during prolonged annealing, which does not require additional operations and is technologically simpler and cheaper than in the prototype.

Авторы установили, что при режимах имплантации ионов бора с отличными от прототипа энергиями (190÷700) кэВ и аналогичными дозами (1×1013÷1×1015) см-2, на большей, чем в прототипе, глубине одновременно создаются основной охранный переход, плавающие охранные кольца и структура JBS, и при этом, в отличие от прототипа, можно использовать фотолитографию с относительно невысоким разрешением - от 0.5 мкм до 1 мкм, т.к. предложенный авторами последующий отжиг имплантированных слоев в течение (30÷90) мин при температурах (1500÷1600)°С сопровождается процессами диффузии бора как в вертикальном, так и в латеральном направлении и сближает создаваемые кольца. При этом, как выявили авторы, образуется плавный профиль распределения имплантированной примеси с максимумом концентрации, находящимся на глубине (0.7÷1.0) мкм к поверхности, распространяющийся на глубину (1÷3) мкм, то есть концентрация акцепторных примесей (бора) в n-слое плавно уменьшается к поверхности и вглубь эпитаксиального слоя, образуя протяженные области перекомпенсации.The authors found that under implantation regimes of boron ions with energies (190 ÷ 700) keV different from the prototype and similar doses (1 × 10 13 ÷ 1 × 10 15 ) cm -2 , at the greater depth than in the prototype, the main protective transition, floating guard rings and JBS structure, and in this case, in contrast to the prototype, it is possible to use photolithography with relatively low resolution - from 0.5 μm to 1 μm, because the subsequent annealing of the implanted layers proposed by the authors for (30 ÷ 90) min at temperatures (1500 ÷ 1600) ° С is accompanied by boron diffusion processes both in the vertical and lateral directions and brings together the created rings. In this case, as the authors revealed, a smooth distribution profile of the implanted impurity is formed with a concentration maximum located at a depth of (0.7 ÷ 1.0) μm to the surface, extending to a depth of (1 ÷ 3) μm, i.e., the concentration of acceptor impurities (boron) in n- the layer gradually decreases to the surface and deep into the epitaxial layer, forming extended regions of overcompensation.

Сформированные таким способом диоды с охранными кольцами и структурой JBS позволяют добиться напряжения пробоя до 72% от теоретически возможного (до 1800 В при создании диода на пленке 4H-SiC с концентрацией примеси 2×1015 см-3 толщиной 12 мкм) при сохранении быстродействия (как у прототипа). Исследования показали, что по скорости переключения созданные по данному способу интегрированные Шоттки-pn диоды не уступают диодам Шоттки. Данный способ проще и дешевле способа-прототипа, т.к. в нем возможно использование менее точной и, как следствие, более простой фотолитографии (точностью до 1 мкм против 0.05 мкм в прототипе), и, кроме того, в данном способе барьер Шоттки между обедненной р-областью и Шоттки металлом создается за счет более глубокой имплантации примеси, а не отдельной имплантацией, как в прототипе.The diodes formed in this way with guard rings and a JBS structure can achieve a breakdown voltage of up to 72% of the theoretically possible (up to 1800 V when creating a diode on a 4H-SiC film with an impurity concentration of 2 × 10 15 cm -3 with a thickness of 12 μm) while maintaining speed ( like the prototype). Studies have shown that the integrated Schottky-pn diodes created by this method are not inferior to the Schottky diodes in terms of switching speed. This method is simpler and cheaper than the prototype method, because it is possible to use a less accurate and, as a result, simpler photolithography (accuracy up to 1 μm versus 0.05 μm in the prototype), and, in addition, in this method, the Schottky barrier between the depleted p-region and Schottky metal is created due to deeper implantation impurities, and not a separate implantation, as in the prototype.

Способ осуществляется следующим образом.The method is as follows.

На пластине 4H-SiC n-типа с эпитаксиальным слоем 4H-SiC n-типа с помощью фотолитографии с разрешением (0.5÷1.0) мкм создается маска из фоторезиста толщиной (4÷5) мкм. Через сформированную маску производится холодная имплантация ионов бора с несколькими значениями энергии из интервала (190÷700) кэВ и доз из интервала (1×1013÷1×1015) см-2 для создания р-областей с прямоугольным профилем легирования. После удаления фоторезиста и капсулирования облученной поверхности слоем графита производится отжиг в инертной среде при температуре из диапазона (1500÷1600)°С в течение (30÷90) минут. После этого в кислородной атмосфере сжигается защитный слой графита и формируется термический окисел на поверхности эпитаксиального слоя. Далее, на подготовленную механической шлифовкой обратную сторону пластины напыляется никель, который вжигается в вакууме, например, при температуре из интервала (900÷1050)°С в течение времени (10÷60) минут [Т.Toda, Y.Ueda and M.Sawada // Mat. Science Forum, 338-342, (2000), p.989]. На передней стороне пластины в окисле вскрываются окна, в которые пылится никелевый контакт Шоттки, который отжигается при температуре (200÷400)°С в течение часа.On a n-type 4H-SiC wafer with an n-type 4H-SiC epitaxial layer, a photoresist mask (4 ÷ 5) μm thick is created using photolithography with a resolution of (0.5 ÷ 1.0) μm. Through the formed mask, cold implantation of boron ions with several energy values from the interval (190 ÷ 700) keV and doses from the interval (1 × 10 13 ÷ 1 × 10 15 ) cm -2 is performed to create p-regions with a rectangular doping profile. After removing the photoresist and encapsulating the irradiated surface with a layer of graphite, annealing is performed in an inert medium at a temperature from the range of (1500 ÷ 1600) ° С for (30 ÷ 90) minutes. After that, a protective layer of graphite is burned in an oxygen atmosphere and a thermal oxide is formed on the surface of the epitaxial layer. Further, nickel is sprayed onto the back side of the plate prepared by mechanical grinding, which is burned in vacuum, for example, at a temperature from the interval (900 ÷ 1050) ° С for a time (10 ÷ 60) minutes [T. Toda, Y.Ueda and M. Sawada // Mat. Science Forum, 338-342, (2000), p.989]. On the front side of the plate, the windows open in the oxide, into which the Schottky nickel contact is dusted, which is annealed at a temperature of (200 ÷ 400) ° С for an hour.

Пример 1.Example 1

Согласно формуле изобретения был осуществлен способ, по которому была взята пластина карбида кремния n-типа с эпитаксиальной пленкой n-типа толщиной 12 мкм и легированием 2×1015 см-3. На эпитаксиальном слое с помощью фотолитографии с разрешением 0.9 мкм, выполненной на установке совмещения типа АМК-2104-12, создана маска из фоторезиста типа AZ1518 толщиной 5 мкм с окнами для имплантации основного охранного перехода шириной 50 мкм, 4-х плавающих охранных колец шириной 10 мкм и интервалом между ними 5 мкм, структурой JBS шириной 8 мкм с интервалом 5 мкм. Через сформированную маску на установке High Voltage Engineering Europe произведена холодная имплантация ионов бора энергиями 200 кэВ и 350 кэВ и дозами 3×1013 см-2 и 6×1013 см-2 соответственно. После удаления фоторезиста и капсулирования облученной поверхности слоем графита был произведен отжиг в среде аргона при температуре 1500°С в течение 60 минут в установке с внутренним резистивным нагревом. В результате отжига были сформированы диффузионные pn-переходы на глубине 2 мкм, а интервалы между охранными кольцами и структурами JBS уменьшились до 3 мкм. После этого в потоке сухого кислорода (500 см3/мин) был сожжен защитный слой графита и сформирован термический окисел толщиной 300 нм на поверхности эпитаксиального слоя. На отшлифованную обратную сторону на установке Balzers был напылен никель, который был вожжен в вакууме при температуре 950°С в течение 15 минут в вакуумном посте ВУП-5. На верхней стороне в окисле были вскрыты окна, в которые был напылен никель в качестве Шоттки контакта, который был отожжен в вакууме при температуре 200°С в течение часа. Таким образом был создан интегрированный Шоттки-pn диод с напряжением пробоя 1800 В (72% от теоретического предела).According to the claims, a method was carried out in which an n-type silicon carbide plate with an n-type epitaxial film 12 μm thick and doping of 2 × 10 15 cm -3 was taken. On the epitaxial layer, using photolithography with a resolution of 0.9 μm, performed on an AMK-2104-12 type alignment device, a mask was created from a photoresist type AZ1518 with a thickness of 5 μm with windows for implantation of the main security transition 50 μm wide, 4 floating guard rings 10 wide μm and an interval between them of 5 μm, a JBS structure with a width of 8 μm with an interval of 5 μm. Through the formed mask, the High Voltage Engineering Europe installation cold implanted boron ions with energies of 200 keV and 350 keV and doses of 3 × 10 13 cm -2 and 6 × 10 13 cm -2, respectively. After the photoresist was removed and the irradiated surface was encapsulated with a layer of graphite, annealing was performed in argon at a temperature of 1500 ° C for 60 minutes in an installation with internal resistive heating. As a result of annealing, pn diffusion junctions were formed at a depth of 2 μm, and the intervals between the guard rings and JBS structures decreased to 3 μm. After that, a protective layer of graphite was burned in a stream of dry oxygen (500 cm 3 / min) and a thermal oxide 300 nm thick was formed on the surface of the epitaxial layer. Nickel was sprayed onto the polished back side of the Balzers installation, which was burned in a vacuum at a temperature of 950 ° C for 15 minutes in a VUP-5 vacuum station. On the upper side in the oxide, windows were opened in which nickel was sprayed as a Schottky contact, which was annealed in vacuum at a temperature of 200 ° C for an hour. Thus, an integrated Schottky-pn diode with a breakdown voltage of 1800 V (72% of the theoretical limit) was created.

Пример 2.Example 2

То же, что в примере 1, но энергии имплантированных ионов составили 100 и 150 кэВ. В результате полученные приборы обладали напряжением пробоя около 1200 В, т.е. оказались не лучше прототипа.The same as in example 1, but the implanted ion energies were 100 and 150 keV. As a result, the devices obtained had a breakdown voltage of about 1200 V, i.e. turned out to be no better than the prototype.

Пример 3.Example 3

То же, что в примере 1, но энергии имплантированных ионов составляли 750 и 1050 кэВ. В результате полученные приборы имели напряжение пробоя до 1800 В, однако для достижения таких энергий на установке High Voltage Engineering Europe необходимо использовать 2- и 3-зарядные ионы бора. Для набора необходимой дозы имплантации процесс облучения приходилось проводить в течение двух суток, что привело к многократному удорожанию созданного прибора.Same as in example 1, but the implanted ion energies were 750 and 1050 keV. As a result, the resulting devices had a breakdown voltage of up to 1800 V, however, to achieve such energies at the High Voltage Engineering Europe installation, it is necessary to use 2- and 3-charged boron ions. To set the required dose of implantation, the irradiation process had to be carried out for two days, which led to a multiple rise in price of the created device.

Пример 4.Example 4

То же, что в примере 1, но поставлена задача создать разрешение фотолитографии 0.1 мкм. В результате на установке совмещения АМК-2104-12 не удалось добиться такого разрешения, прибор не был создан. Для создания такого разрешения требуется существенно более сложная и дорогостоящая аппаратура.The same as in example 1, but the task was to create a photolithography resolution of 0.1 μm. As a result, at the combination installation AMK-2104-12 it was not possible to achieve such a resolution, the device was not created. To create such a resolution requires significantly more complex and expensive equipment.

Пример 5.Example 5

То же, что в примере 1, но разрешение 2 мкм. В результате произошло закорачивание охранных колец друг с другом, напряжение пробоя составило всего 600 В.The same as in example 1, but the resolution is 2 microns. As a result, the guard rings were shorted together, the breakdown voltage was only 600 V.

Пример 6.Example 6

То же, что в примере 1, но время отжига 15 минут. В результате диффузия бора оказалась незначительной, прибор выдерживал напряжение пробоя 1150 В.The same as in example 1, but the annealing time of 15 minutes. As a result, boron diffusion turned out to be insignificant, the device withstood a breakdown voltage of 1150 V.

Пример 7.Example 7

То же, что в примере 1, но время отжига 2 часа. В результате началась деградация поверхности эпитаксиального слоя. Созданные приборы выдерживали напряжение пробоя 800 В.The same as in example 1, but the annealing time is 2 hours. As a result, the surface degradation of the epitaxial layer began. The created devices withstood a breakdown voltage of 800 V.

Claims (1)

Способ изготовления интегрированных Шоттки-рn диодов на основе карбида кремния, включающий создание р-областей с прямоугольным профилем легирования имплантацией ионов бора с энергиями из интервала значений (190÷700) кэВ и дозами из интервала (1·1013-1·1015) см-2 в слаболегированный эпитаксиальный слой карбида кремния n-типа, расположенный на сильнолегированной подложке карбида кремния n-типа, при комнатной температуре через маску из фоторезиста для одновременного формирования основного охранного pn-перехода, плавающих охранных колец и подконтактных р-областей, выполненной фотолитографией с разрешением от 0,5 до 1 мкм, отжиг в инертной атмосфере при температуре из интервала 1500÷1600°С в течение времени 30÷90 мин под слоем нанесенного графита, окисление поверхности, напыление на обратную сторону пластины никеля и его вжигание для формирования омического контакта, вскрытие окон в окисле и напыление никелевого Шоттки-контакта с последующим отжигом в инертной атмосфере. A method of manufacturing integrated Schottky-pn diodes based on silicon carbide, including the creation of p-regions with a rectangular doping profile by implantation of boron ions with energies from the range of values (190 ÷ 700) keV and doses from the interval (1 · 10 13 -1 · 10 15 ) cm -2 in the lightly doped epitaxial layer of silicon carbide, n-type, disposed on a substrate heavily doped n-silicon carbide type, at room temperature through a photoresist mask to simultaneously form the primary protective pn-junction floating guard rings and podkon active p-regions, performed by photolithography with a resolution of 0.5 to 1 μm, annealing in an inert atmosphere at a temperature from the interval of 1500 ÷ 1600 ° C for a time of 30 ÷ 90 min under a layer of deposited graphite, surface oxidation, deposition on the back of the plate nickel and its burning to form an ohmic contact, opening windows in the oxide and deposition of nickel Schottky-contact with subsequent annealing in an inert atmosphere.
RU2009122643/28A 2009-06-05 2009-06-05 METHOD FOR MANUFACTURING OF INTEGRATED SCHOTTKY-pn DIODES BASED ON SILICON CARBIDE RU2395868C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2009122643/28A RU2395868C1 (en) 2009-06-05 2009-06-05 METHOD FOR MANUFACTURING OF INTEGRATED SCHOTTKY-pn DIODES BASED ON SILICON CARBIDE

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2009122643/28A RU2395868C1 (en) 2009-06-05 2009-06-05 METHOD FOR MANUFACTURING OF INTEGRATED SCHOTTKY-pn DIODES BASED ON SILICON CARBIDE

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2395868C1 true RU2395868C1 (en) 2010-07-27

Family

ID=42698191

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2009122643/28A RU2395868C1 (en) 2009-06-05 2009-06-05 METHOD FOR MANUFACTURING OF INTEGRATED SCHOTTKY-pn DIODES BASED ON SILICON CARBIDE

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2395868C1 (en)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2528554C1 (en) * 2013-04-25 2014-09-20 федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский ядерный университет МИФИ" (НИЯУ МИФИ) Method to make high voltage silicon-carbide diode based on ion-doped p-n-structures
RU2613013C1 (en) * 2015-12-07 2017-03-14 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет "ЛЭТИ" им. В.И. Ульянова (Ленина)" (СПбГЭТУ "ЛЭТИ") Method for semiconducting silicon carbide element production
RU2632173C1 (en) * 2016-06-27 2017-10-02 Закрытое акционерное общество "ГРУППА КРЕМНИЙ ЭЛ" Method for making schottky diodes based on silicone carbide
RU183901U1 (en) * 2018-07-16 2018-10-08 Закрытое акционерное общество "ГРУППА КРЕМНИЙ ЭЛ" MASK FOR IONIC ALLOYING SEMICONDUCTOR SILICON BASES ON SILICON CARBIDE
RU188684U1 (en) * 2019-01-10 2019-04-22 Закрытое акционерное общество "ГРУППА КРЕМНИЙ ЭЛ" POWER SEMICONDUCTOR DEVICE BASED ON SILICON CARBIDE

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2528554C1 (en) * 2013-04-25 2014-09-20 федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский ядерный университет МИФИ" (НИЯУ МИФИ) Method to make high voltage silicon-carbide diode based on ion-doped p-n-structures
RU2613013C1 (en) * 2015-12-07 2017-03-14 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет "ЛЭТИ" им. В.И. Ульянова (Ленина)" (СПбГЭТУ "ЛЭТИ") Method for semiconducting silicon carbide element production
RU2632173C1 (en) * 2016-06-27 2017-10-02 Закрытое акционерное общество "ГРУППА КРЕМНИЙ ЭЛ" Method for making schottky diodes based on silicone carbide
RU183901U1 (en) * 2018-07-16 2018-10-08 Закрытое акционерное общество "ГРУППА КРЕМНИЙ ЭЛ" MASK FOR IONIC ALLOYING SEMICONDUCTOR SILICON BASES ON SILICON CARBIDE
RU188684U1 (en) * 2019-01-10 2019-04-22 Закрытое акционерное общество "ГРУППА КРЕМНИЙ ЭЛ" POWER SEMICONDUCTOR DEVICE BASED ON SILICON CARBIDE

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8901699B2 (en) Silicon carbide junction barrier Schottky diodes with suppressed minority carrier injection
US7378325B2 (en) Semiconductor device and manufacturing method thereof
JP6237915B2 (en) Semiconductor device and manufacturing method of semiconductor device
JP5781291B2 (en) Fast recovery diode
EP2654084B1 (en) Method of manufacturing a semiconductor device
US20150115285A1 (en) Semiconductor device and fabrication method of semiconductor device
CN108346688B (en) SiC trench junction barrier Schottky diode with CSL transport layer and manufacturing method thereof
CN103928532B (en) A kind of carborundum groove MOS junction barrier schottky diode and preparation method thereof
JP2002508888A (en) Power semiconductor component and method of manufacturing the same
CN103000698A (en) Silicon carbide (SiC) junction barrier Schottky diode and method for manufacturing same
RU2395868C1 (en) METHOD FOR MANUFACTURING OF INTEGRATED SCHOTTKY-pn DIODES BASED ON SILICON CARBIDE
CN105140283A (en) Silicon carbide MOSEFTs (metal-oxide-semiconductor field-effect transistors) power device and manufacturing method therefor
CN108807157A (en) A kind of low damage ion injection method and injection mask structure for silicon carbide
KR101875287B1 (en) A method for forming a semiconductor device
CN102376777A (en) Junction barrier schottky having low forward voltage drop
RU2390880C1 (en) INTEGRATED SCHOTTKY-pn DIODE ON BASIS OF SILICON CARBIDE
US20230123112A1 (en) Method of manufacturing super junction, and super junction schottky diode using same
JP6589278B2 (en) Semiconductor device and method for manufacturing semiconductor device
JP2013201190A (en) Junction field-effect transistor and method of manufacturing the same
CN114050183B (en) Manufacturing method of reverse-conduction type power chip
US11495663B2 (en) Semiconductor device including insulated gate bipolar transistor, diode, and current sense regions
JP3635956B2 (en) Method for manufacturing silicon carbide Schottky barrier diode
CN115084281A (en) Schottky diode device with single-particle burnout resistance and preparation method thereof
RU2528554C1 (en) Method to make high voltage silicon-carbide diode based on ion-doped p-n-structures
CN107958940A (en) A kind of N-type carborundum Schottky diode structure of resistance to breakdown

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20140606

NF4A Reinstatement of patent

Effective date: 20160227