[发明专利]一种制备碳化硅超结二极管的方法

说明书

本发明提供了一种制备碳化硅超结二极管的方法，所述方法包括如下步骤：1)清洗碳化硅材料2)在外延薄膜12上表面制备刻蚀碳化硅的掩膜层13；3)在掩膜层13上进行图形化制备出图形化的掩膜14，后进行碳化硅沟槽刻蚀；4)进行二次外延生长，生长碳化硅薄膜16；5)碳化硅刻蚀或化学机械抛光，后进行其他工艺加工，得到碳化硅超结二极管26。本发明制备方法通过二次外延技术在碳化硅二极管的漂移区形成超结结构，利用电荷平衡原理，使得器件耐压能力只与漂移区厚度有关，与漂移区掺杂浓度无关，大幅提高了漂移区掺杂浓度，引入空穴、电子两种载流子参与导电，大幅减小了碳化硅二极管的通态电阻，降低了器件通态损耗。

技术领域

本发明提供了一种半导体器件的制备方法，具体涉及一种利用二次外延技术制备碳化硅超结二极管的方法。

背景技术

碳化硅材料具有带隙宽、击穿场强高、热导率高、饱和电子迁移速率高、物理化学性能稳定等特性，可适用于高温，高频，大功率和极端环境。碳化硅二极管是早已充分实现商品化的碳化硅器件。

碳化硅二极管目前有单极型器件和双极型器件两大类，单极型器件为工作状态下只有一种载流子导电的器件，例如：肖特基二极管、结势垒肖特基二极管等；双极型器件为在工作状态下有两种载流子导电的器件，例如：PiN二极管。单极型器件开启电压小，不足之处在于制备高压器件时，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

本发明的目的是提供了一种制备碳化硅超结二极管的方法，该方法通过二次外延技术在碳化硅二极管的漂移区形成超结结构，利用电荷平衡原理，使得器件耐压能力只与漂移区厚度有关，与漂移区掺杂浓度无关，在器件制备中可以大幅提高漂移区掺杂浓度，并引入空穴、电子两种载流子参与导电，大幅减小碳化硅二极管，尤其是碳化硅肖特基二极管等单极性器件的通态电阻，降低器件通态损耗。

为了实现上述目的，本发明采取以下技术方案：

一种制备碳化硅超结二极管的方法，所述方法包括如下步骤：

1)清洗碳化硅材料

2)在外延薄膜12上表面制备刻蚀碳化硅的掩膜层13；

3)在掩膜层13上进行图形化制备出图形化的掩膜14后，进行碳化硅沟槽刻蚀；

4)进行二次外延生长，生长碳化硅薄膜16；

5)碳化硅刻蚀或化学机械抛后光，进行其他工艺加工，得到碳化硅超结二极管26。

优选的，所述碳化硅材料包括n型或p型的4H-SiC或6H-SiC，所述外延薄膜12厚0.1μm-500μm，掺杂浓度1×1013～1×1021cm-3。

优选的，所述清洗包括如下步骤：

A、将碳化硅材料放置于清洗、吹干后的支架上，用250℃的硫酸和双氧水混合溶液清洗15min后，热水冲洗；

B、将支架放入氨水、双氧水和去离子水的混合溶液中15min后，热水冲洗；

C、将支架放入盐酸、双氧水和去离子水的混合溶液中15min后，热水冲洗；

D、用10％的氢氟酸处理5～10min后，用去离子水冲洗20min。

优选的，所述硫酸和双氧水混合溶液中硫酸和双氧水的比为3:1；所述氨水、双氧水和去离子水的比为1:1:5～1:1:7；所述盐酸、双氧水和去离子水的比为1：1：5。

优选的，所述掩膜层13包括硅、硅氧化合物、硅氮化合物、金属单质单层或多层的复合薄膜，每层薄膜的厚度为0.001-200μm。