具有双波长光控功能的SiC异质结晶闸管及制备方法

技术领域

本发明属于半导体器件技术领域，具体涉及一种具有双波长光控功能的SiC异质结晶闸管，本发明还涉及一种具有双波长光控功能的SiC异质结晶闸管的制备方法。

背景技术

SiC光触发晶闸管(LTT)具有阻断电压高、导通损耗低、抗电磁干扰能力强等特点，在特高压直流输电、大功率脉冲电源、电磁武器平台等领域有非常大的应用前景。由于SiCLTT导通时内部等效pnp晶体管与npn晶体管相互耦合形成正反馈，当触发光撤走后SiC LTT维持自导通状态。SiC LTT无法自关断的问题严重影响了SiC LTT的应用推广。为了使SiCLTT由导通状态转为关断状态，常需要设置专门的控制电路对SiC LTT进行电压换向或发射极限流来实现。专门的控制电路虽然能够实现SiC LTT的可控关断，但是却增加了体积与复杂度，使SiC LTT的使用成本升高、电路系统的抗电磁干扰能力下降。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有双波长光控功能的SiC异质结晶闸管，解决了现有技术中存在的SiC LTT难以自主关断、且使用成本升高、电路系统的抗电磁干扰能力下降的问题。

本发明的另一目的是提供一种具有双波长光控功能的SiC异质结晶闸管的制备方法。

本发明所采用的第一技术方案是，具有双波长光控功能的SiC异质结晶闸管，包括n

本发明第一技术方案的特点还在于，

n

p

p型短基区厚度为2.0～3.0μm，受主杂质浓度为5.0×10

钝化层的材料为SiO

本发明所采用的第二技术方案是，具有双波长光控功能的SiC异质结晶闸管的制备方法，具体按照以下步骤实施：

步骤1、通过物理气相传输PVT法制备材料为4H-SiC的n

步骤2、通过化学气相淀积CVD法在n

步骤3、通过化学气相淀积CVD法在n

步骤4、通过光刻加干法刻蚀工艺刻蚀p

步骤5、通过溅射或CVD的方法在p

步骤6、翻转晶圆，通过CVD法在n

步骤7、通过CVD法在p型短基区5表面向上外延制备n

步骤8、通过光刻加干法刻蚀工艺刻蚀n

步骤9、通过CVD法在n

步骤10、通过CVD法结合光刻与刻蚀的方法在n

步骤11、通过CVD法结合光刻与刻蚀的方法在i型Ga

步骤12、通过光刻与真空蒸镀的方法在钝化层之间、n

步骤13、通过真空蒸镀与快速热退火的方法在p

步骤14、通过真空蒸镀与刻蚀的方法在钝化层与阴极欧姆接触金属表面上制作阴极PAD金属；

步骤15、通过真空蒸镀的方法在阳极欧姆接触金属表面上制作阳极PAD金属；

通过打点、划片、封装实现具有双波长光控功能的SiC异质结晶闸管的制造。

本发明第二技术方案的特点还在于，

步骤1中物理气相传输PVT法的生长温度为2100℃～2200℃，反应压强为0.5Pa～1.5Pa，氩气气体流量为100sccm～500sccm。

步骤2中化学气相淀积CVD法的淀积温度为1500℃～1600℃；步骤3中化学气相淀积CVD法的淀积温度为1500℃～1600℃；步骤5中溅射或CVD法的压强范围为0.8Pa～2.0Pa；步骤6中化学气相淀积CVD法的淀积温度为1500℃～1600℃；步骤7中化学气相淀积CVD法的淀积温度为1500℃～1600℃；步骤9中化学气相淀积CVD法的淀积温度为850℃～1100℃；步骤10、步骤11中化学气相淀积CVD法的淀积温度为室温～600℃；

步骤4中干法刻蚀工艺的气氛为CF

步骤12、步骤13、步骤14、步骤15真空蒸镀法的本底真空压强为5×10

本发明的有益效果是，1)通过设置凸台状p

附图说明

图1是本发明一种具有双波长光控功能的SiC异质结晶闸管实施例1的剖面结构示意图；

图2是本发明实施例1中n

图3是本发明实施例1中制造n

图4是本发明实施例1中制造p

图5是本发明实施例1中刻蚀p

图6是本发明实施例1中制造p

图7是本发明实施例1中制造p型短基区5的剖面结构示意图；

图8是本发明实施例1中制造n

图9是本发明实施例1中刻蚀n

图10是本发明实施例1中制造i型Ga

图11是本发明实施例1中制造钝化层8与介质层9的剖面结构示意图；

图12是本发明实施例1中制造阴极欧姆接触金属10的剖面结构示意图；

图13是本发明实施例1中制造阳极欧姆接触金属11的剖面结构示意图；

图14是本发明实施例1中制造阴极PAD金属12的剖面结构示意图；

图15是本发明实施例1中制造阳极PAD金属13的剖面结构示意图；

图16为本发明实施例1中的一种具有双波长光控功能的SiC异质结晶闸管的光触发开通与关断波形。

图中，1.n

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

本发明具有双波长光控功能的SiC异质结晶闸管，结构如图1所示，包括n

n

p

p型短基区5厚度为2.0～3.0μm，受主杂质浓度为5.0×10

钝化层8的材料为SiO

有双波长光控功能的SiC异质结晶闸管的制备方法，具体按照以下步骤实施：

步骤1、通过物理气相传输PVT法制备材料为4H-SiC的n

步骤2、通过化学气相淀积CVD法在n

步骤3、通过化学气相淀积CVD法在n

步骤4、通过光刻加干法刻蚀工艺刻蚀p

步骤5、通过溅射或CVD的方法在p

步骤6、翻转晶圆，通过CVD法在n

步骤7、通过CVD法在p型短基区5表面向上外延制备n

步骤8、通过光刻加干法刻蚀工艺刻蚀n

步骤9、通过CVD法在n

步骤10、通过CVD法结合光刻与刻蚀的方法在n

步骤11、通过CVD法结合光刻与刻蚀的方法在i型Ga

步骤12、通过光刻与真空蒸镀的方法在钝化层8之间、n

步骤13、通过真空蒸镀与快速热退火的方法在p

步骤14、通过真空蒸镀与刻蚀的方法在钝化层8与阴极欧姆接触金属10表面上制作阴极PAD金属12，如图14所示；

步骤15、通过真空蒸镀的方法在阳极欧姆接触金属11表面上制作阳极PAD金属13，如图15所示；

步骤12、步骤13、步骤14、步骤15真空蒸镀法的本底真空压强为5×10

通过打点、划片、封装实现具有双波长光控功能的SiC异质结晶闸管的制造。

实施例1

如图1，本发明一种具有双波长光控功能的SiC异质结晶闸管的结构是，包括材料为4H-SiC的n

n

n

相邻两凸台状p

n

p型短基区5表面向上制作有凸台状n

两相邻凸台状n

n

i型Ga

钝化层8之间n

p

钝化层8与阴极欧姆接触金属10表面上制作有阴极PAD金属12，阴极PAD金属12的材料为Ti、Al、Au的组合，厚度为2.0μm；

阳极欧姆接触金属11表面上制作有阳极PAD金属13，阳极PAD金属13的材料为Ti、Ag的组合，厚度为1.0μm。

如图2-图15，本发明一种具有双波长光控功能的SiC异质结晶闸管的制备方法，按照以下步骤实施：

通过PVT法制备材料为4H-SiC的n

通过CVD法在n

通过CVD法在n+缓冲层2表面向上外延制备p

通过光刻加干法刻蚀工艺刻蚀p

通过溅射的方法在凸台状p

翻转晶圆，通过CVD法在n

通过CVD法在p型短基区5表面向上外延制备n

通过光刻加干法刻蚀工艺刻蚀n

通过CVD法在n

通过CVD法结合光刻与刻蚀的方法在n

通过CVD法结合光刻与刻蚀的方法在i型Ga

通过光刻与真空蒸镀的方法在钝化层8之间n

通过真空蒸镀与快速热退火的方法在p

通过真空蒸镀与刻蚀的方法在钝化层8与阴极欧姆接触金属10表面上制作阴极PAD金属12，本底真空压强为5×10

通过真空蒸镀的方法在阳极欧姆接触金属11表面上制作阳极PAD金属13，本底真空压强为5×10

通过打点、划片、封装实现具有双波长光控功能的SiC异质结晶闸管的制造。

实施例2

本发明一种具有双波长光控功能的SiC异质结晶闸管的结构是，包括材料为4H-SiC的n

n

n

相邻两凸台状p

n

p型短基区5表面向上制作有凸台状n

两相邻凸台状n

n

i型Ga

钝化层8之间n

p

钝化层8与阴极欧姆接触金属10表面上制作有阴极PAD金属12，阴极PAD金属12的材料为Ti、Al、Cu、Au的组合，整体厚度为10μm；

阳极欧姆接触金属11表面上制作有阳极PAD金属13，阳极PAD金属13的材料为Ti、Ag、Ni、Au的组合，整体厚度为2.0μm。

本发明一种具有双波长光控功能的SiC异质结晶闸管的制备方法，按照以下步骤实施：

通过PVT法制备材料为4H-SiC的n

通过CVD法在n

通过CVD法在n+缓冲层2表面向上外延制备p

通过光刻加干法刻蚀工艺刻蚀p

通过CVD的方法在凸台状p

翻转晶圆；

通过CVD法在n

通过CVD法在p型短基区5表面向上外延制备n

通过光刻加干法刻蚀工艺使n

通过CVD法在n

通过CVD法结合光刻与刻蚀的方法在n

通过CVD法结合光刻与刻蚀的方法在i型Ga

通过光刻与真空蒸镀的方法在钝化层8之间n

通过真空蒸镀与快速热退火的方法在p

通过真空蒸镀与刻蚀的方法在钝化层8与阴极欧姆接触金属10表面上制作阴极PAD金属12,本底真空压强为5×10

通过真空蒸镀方法在阳极欧姆接触金属11表面制作阳极PAD金属13,本底真空压强为5×10

通过打点、划片、封装实现具有双波长光控功能的SiC异质结晶闸管的制造。

实施例3

本发明一种具有双波长光控功能的SiC异质结晶闸管的结构是，包括材料为4H-SiC的n

n

n

相邻两凸台状p

n

p型短基区5表面向上制作有凸台状n

两相邻凸台状n

n

i型Ga

钝化层8之间n

p

钝化层8与阴极欧姆接触金属10表面上制作有阴极PAD金属12，阴极PAD金属12的材料为Al、Cu的组合，整体厚度为6.0μm；

阳极欧姆接触金属11表面上制作有阳极PAD金属13，阳极PAD金属13的材料为Ti、Au的组合，整体厚度为2.0μm。

本发明一种具有双波长光控功能的SiC异质结晶闸管的制备方法，按照以下步骤实施：

通过PVT法制备材料为4H-SiC的n

通过CVD法在n

通过CVD法在n

通过光刻加干法刻蚀工艺刻蚀p

通过CVD的方法在凸台状p

翻转晶圆，通过CVD法在n

通过CVD法在p型短基区5表面向上外延制备n

通过光刻加干法刻蚀工艺刻蚀n

通过CVD法在n

通过CVD法结合光刻与刻蚀的方法在n

通过CVD法结合光刻与刻蚀的方法在i型Ga

通过光刻与真空蒸镀的方法在钝化层8之间n

通过真空蒸镀与快速热退火的方法在p

通过真空蒸镀与刻蚀的方法在钝化层8与阴极欧姆接触金属10表面上制作阴极PAD金属12,本底真空压强为1×10

通过真空蒸镀的方法在阳极欧姆接触金属11表面上制作阳极PAD金属13,本底真空压强为1×10

通过打点、划片、封装实现具有双波长光控功能的SiC异质结晶闸管的制造。

为了说明本发明一种具有双波长光控功能的SiC异质结晶闸管的优势，通过Sentaurus TCAD计算机数值实验平台对上述实施例1的具有双波长光控功能的SiC异质结晶闸管进行验证。

图16为本发明实施例1中的一种具有双波长光控功能的SiC异质结晶闸管的光触发开通与关断波形，从图中可以看出，本发明具有双波长光控功能的SiC异质结晶闸管可以通过365nm紫外光触发由关断状态转为导通状态，也可以通过254nm紫外光控制由导通状态转为关断状态。综上，本发明一种具有双波长光控功能的SiC异质结晶闸管可以通过双波长光信号的控制实现开通与关断，改善了现有SiC LTT难以自主关断的问题。