[发明专利]碳化硅嵌入式电极异面型光导开关及其制作方法

摘要

本发明公开了一种碳化硅嵌入式电极异面型光导开关。其包括掺钒碳化硅衬底(1)、上致密绝缘氧化层(2)、下致密绝缘氧化层(3)、上欧姆接触电极(4)和下欧姆接触电极(5)，该上致密绝缘氧化层(2)和下致密绝缘氧化层(3)分别淀积在掺钒碳化硅衬底(1)的正面和背面，掺钒碳化硅衬底的正面及其表面的上致密绝缘氧化层(2)所对应位置处开有上凹槽(6)，掺钒碳化硅衬底背面及其表面的下致密绝缘氧化层(3)所对应位置处开有下凹槽(7)，上欧姆接触电极(4)和下欧姆接触电极(5)分别嵌入到上凹槽(6)中和下凹槽(7)中。本发明具有导通电阻小，导通效率和载流子收集率高，边缘击穿少的优点，可用于高速脉冲系统。

主权项

一种制作基于碳化硅异面型光导开关的方法，包括如下步骤：(1)对掺钒浓度为1×1016cm‑3～1×1017cm‑3的碳化硅衬底样片进行清洗；(2)用磁控溅射铝膜作为刻蚀掩膜层，采用电感耦合等离子刻蚀法在清洗后的样片正面和背面进行台面刻蚀分别形成一个深度均为2～5μm，底面直径均为8～12mm的圆柱形上凹槽和下凹槽；(3)采用PECVD的方法在刻槽后的掺钒碳化硅衬底样片正面和背面分别淀积一层厚度为2μm的SiO2作为离子注入的阻挡层；(4)分别在正面和背面的SiO2阻挡层上涂胶，用光刻版在涂胶后的SiO2阻挡层上刻蚀出对应凹槽位置的窗口图案，并用浓度为5％的HF酸腐蚀掉窗口图案位置下的阻挡层，阻挡层表面所开窗口即为离子注入的窗口，并去胶清洗；(5)对阻挡层开窗后的样片正面和背面同时进行三次磷离子注入，注入的能量分别为150keV、80keV、30keV，注入的剂量分别为0.931×1015cm‑2、5.72×1015cm‑2、3.4×1015cm‑2，使已掺钒碳化硅衬底正面和背面掺杂的磷浓度均为2×1020cm‑3；(6)离子注入完成后腐蚀掉样片正面和背面剩余的SiO2阻挡层，清洗样片表面的残留物；(7)在清洗残留物后的样片正面和背面涂BN310负胶，将该样片置于300～400℃温度环境中加热90分钟进行碳膜溅射；然后在1550～1750℃温度范围内退火10分钟，以在样片正面和背面分别形成厚度为150nm的良好欧姆接触；再在900～1100℃温度范围内干氧氧化15分钟，以去除样片正面和背面的碳膜；(8)将去除正面和背面碳膜的样片在900～1100℃温度范围内进行4个小时的干氧氧化，在样片正面形成厚度为15～20nm的上致密绝缘氧化层，在样片背面形成厚度为15～20nm的下致密绝缘氧化层；(9)在样片上致密绝缘氧化层和下致密绝缘氧化层表面旋涂光刻胶，利用金属层的掩膜版作刻蚀阻挡层；用浓度为5％的HF酸腐蚀10秒，将掺钒碳化硅衬底正面和背面对应凹槽位置处的致密绝缘氧化层刻蚀掉，样片正面和背面刻蚀出的凹槽窗口区域即为要做金属电极的区域；(10)在开窗后的样片正面和背面涂胶，使用金属层掩膜版光刻出金属电极图形；通过磁控溅射法分别在样片正面的上凹槽和背面的下凹槽中淀积厚度为80～100nm的金属Ni，在Ar气环境中升温至900～1100℃范围，保持10分钟后冷却至室温；(11)在冷却至室温的样片正面和背面涂胶，使用金属层掩膜版光刻出金属电极图形；通过磁控溅射法分别在上凹槽和下凹槽中的Ni膜上淀积厚度为2～5μm的Au金属合金，通过超声波剥离光刻胶形成金属电极，在样片正面的上凹槽中形成上欧姆接触电极，背面的下凹槽中形成下欧姆接触电极，上欧姆接触电极和下欧姆接触电极的底面直径d均为8～12mm，厚度n均为2～6μm；再在Ar气环境中升温至450～600℃范围，保持5分钟后冷却至室温，完成碳化硅嵌入式异面型光导开关的制作。