[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

技術領域

本發明屬于微電子領域，尤其涉及一種電極平面型光導開關，可用于高速大功率脈沖系統中的開關。

技術背景

1974年由貝爾實驗室的D.H.Auston制備了第一個光導開關，材料采用高阻Si，但Si禁帶寬度小，臨界擊穿場強低，而且存在致命的熱崩現象，不能得到高性能的開關；1976年由馬里蘭大學的H.L.Chi制備了第一個GaAs光導開關，一直到現在都是該領域的熱點。隨著寬禁帶半導體材料制備技術的成熟，SiC以高臨界電場和熱導率在大功率光導開關方面的研究工作日益增多。

文獻“APPLIED?PHYSICS?LETTERS?82,3107(2003)《4H-SiC?photoconductive?switching?devices?for?use?in?high-power?applications》”介紹了S.Dogan等人研究的環狀電極間距為1mm的光導開關。

文獻“Pulsed?Power?Conference(PPC)，201319^th?IEEE《Performance?and?characterization?of?a?20kV,contact?face?illuminated,silicon?carbide?photoconductive?semiconductor?switch?for?pulsed?power?applications》”介紹了Texas?Tech?University的D.Mauch等人的平面型光導開關，如圖4所示，該平面開關結構電極，半絕緣襯底。在這種結構上，光照產生的載流子全面在表面運輸，表面的電流密度較大，電子空穴遷移率低，開關的導通電阻大，歐姆電極收集載流子的邊緣處極易發生擊穿，光導開關很難在工作的情況下耐較高的電壓，另外開關器件的尺寸較大。

發明內容

本發明的目的在于避免上述已有技術的不足，提出一種碳化硅嵌入式電極平面型光導開關及其制作方法，以提高耐壓能力，減小器件尺寸，減小導通電阻。

為實現上述目的，碳化硅嵌入式電極平面型光導開關，包括一對歐姆接觸電極、半絕緣碳化硅襯底、致密絕緣氧化層和鈍化層SiO₂，該半絕緣碳化硅襯底、致密絕緣氧化層和鈍化層SiO₂自下而上設置，其特征在于：半絕緣碳化硅襯底上部兩端及其表面上層的致密絕緣氧化層和鈍化層SiO₂的對應位置處開有兩個凹槽，一對歐姆接觸電極分別嵌入到這兩個凹槽中。

為實現上述目的，本發明制作碳化硅嵌入式電極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圓弧；

(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；