[發明專利]碳化硅嵌入式電極平面型光導開關及其制作方法

有效

• 申請號: 201510098637.3
• 申請日: 2015-03-05
• 公開（公告）號: CN104681646B
• 公開（公告）日: 2017-04-12
• 發明（設計）人: 郭輝;宋朝陽;蔣樹慶;梁佳博;張玉明
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學;中國工程物理研究院核物理與化學研究所
• 主分類號: H01L31/0224
• 分類號: H01L31/0224;H01L31/18;H01L31/08
• 代理公司: 陜西電子工業專利中心61205
• 代理人: 王品華,朱紅星

1.一種基于碳化硅的平面型光導開關，包括一對歐姆接觸電極(4，5)、半絕緣碳化硅襯底(1)、致密絕緣氧化層(2)和鈍化層SiO₂(3)，該半絕緣碳化硅襯底(1)、致密絕緣氧化層(2)和鈍化層SiO₂(3)自下而上設置，其特征在于：半絕緣碳化硅襯底(1)上部兩端及其表面上層的致密絕緣氧化層(2)和鈍化層SiO₂(3)的對應位置處開有兩個凹槽(6，7)，一對歐姆接觸電極(4，5)分別嵌入到這兩個凹槽(6，7)中。

2.根據權利要求1所述基于碳化硅的平面型光導開關，其特征在于一對歐姆接觸電極(4，5)的橫向寬度d為2～3mm，縱向長度W為5～10mm，厚度n為3～7μm，以保證歐姆接觸電極具有足夠的電流容量及滿足外部封裝所必須的電極尺寸。

3.根據權利要求1所述基于碳化硅的平面型光導開關，其特征在于第一歐姆接觸電極(4)與第二歐姆接觸電極(5)相對的電極邊緣均為1/4圓弧。

4.根據權利要求1所述基于碳化硅的平面型光導開關，其特征在于兩個凹槽(6，7)的槽深均為2～5μm，橫向寬度均為2～3mm，縱向長度均為5～10mm，這兩個槽的邊緣角均為1/4圓弧。

5.一種制作基于碳化硅平面型光導開關的方法，包括如下步驟：

(1)對碳化硅半絕緣襯底樣片進行清洗；

(2)用磁控濺射鋁膜作為刻蝕掩膜層，采用電感耦合等離子刻蝕法在清洗后的樣片上進行臺面刻蝕形成兩個深度均為2～5μm，橫向寬度均為2～3mm，縱向長度均為5～10mm凹槽，這兩個槽的邊緣角均為1/4圓?。?/p>

(3)采用PECVD的方法在刻槽后的碳化硅半絕緣襯底樣片表面淀積厚度為2μm的SiO₂作為離子注入的阻擋層；

(4)在SiO₂阻擋層上涂膠，用光刻版在涂膠后的SiO₂阻擋層上刻蝕出對應凹槽位置的窗口圖案，并用濃度為5％的HF酸腐蝕掉窗口圖案位置下的阻擋層，阻擋層表面所開窗口即為離子注入的窗口，并去膠清洗；

(5)對阻擋層開窗后的樣片進行三次磷離子注入，注入的能量分別為150keV、80keV、30keV，注入的劑量分別為0.931×10¹⁵cm^-2、5.72×10¹⁵cm^-2、3.4×10¹⁵cm^-2，使半絕緣碳化硅襯底表面摻雜濃度為2×10²⁰cm^-3；

(6)離子注入完成后腐蝕掉樣片表面剩余的SiO₂阻擋層，清洗樣片表面的殘留物；

(7)在清洗殘留物后的樣片表面涂BN310負膠，將該樣片置于300～400℃溫度環境中加熱90分鐘進行碳膜濺射；然后在1550～1750℃溫度范圍內退火10分鐘，以在樣片表面形成厚度為150nm的良好歐姆接觸；再在900～1100℃溫度范圍內干氧氧化15分鐘，以去除表面碳膜；

(8)將去除表面碳膜的樣片在900～1100℃溫度范圍內進行4個小時的干氧氧化，在樣片表面形成厚度為15～20nm的致密絕緣氧化層；

(9)用PECVD法在致密絕緣氧化層表面淀積厚度為1～2μm的SiO₂鈍化層；

(10)在SiO₂鈍化層上旋涂光刻膠，利用金屬層的掩膜版作刻蝕阻擋層；用濃度為5％的HF酸腐蝕10秒，將半絕緣襯底上層對應凹槽位置處的致密絕緣氧化層和SiO₂鈍化層刻蝕掉，刻蝕出的凹槽窗口區域即為要做金屬電極的區域；

(11)在開窗后的樣片表面涂膠，使用金屬層掩膜版光刻出金屬圖形；通過磁控濺射在樣片的兩個凹槽中淀積厚度為80～100nm的金屬Ni，在Ar氣環境中升溫至900～1100℃范圍，保持10分鐘后冷卻至室溫；

(12)在冷卻至室溫的樣片表面涂膠，使用金屬層掩膜版光刻出金屬圖形；通過磁控濺射法在兩個凹槽處淀積厚度為3～7μm的Au金屬合金，通過超聲波剝離形成金屬電極，形成一對橫向寬度d為2～3mm，縱向長度W為5～10mm，厚度n為3～7μm的歐姆接觸電極；再在Ar氣環境中升溫至450～650℃范圍，保持5分鐘后冷卻至室溫，完成碳化硅嵌入式平面型光導開關的制作。

6.根據權利要求5所述基于碳化硅的制作平面型光導開關的方法，其中步驟(4)中SiO₂阻擋層開窗橫向和縱向寬度都比凹槽的大50～300μm。