【摘 要】
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作为第三代半导体材料的代表,碳化硅（Si C）由于具有禁带宽度大、击穿电场高、热导率高等特点,被广泛应用于高功率电子器件领域。而结势垒肖特基（Junction Barrier Schottky,JBS）器件拥有较低的开启电压,更快的恢复时间,更少的开关损耗,较低漏电电流等优点,具有明显优势,已经成为当前功率器件研究热点之一。不断提高的器件参数也对器件的掺杂等关键工艺提出了更高的要求。本文在此背景下
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作为第三代半导体材料的代表,碳化硅（Si C）由于具有禁带宽度大、击穿电场高、热导率高等特点,被广泛应用于高功率电子器件领域。而结势垒肖特基（Junction Barrier Schottky,JBS）器件拥有较低的开启电压,更快的恢复时间,更少的开关损耗,较低漏电电流等优点,具有明显优势,已经成为当前功率器件研究热点之一。不断提高的器件参数也对器件的掺杂等关键工艺提出了更高的要求。本文在此背景下通过系统性的实验及仿真分析研究了不同工艺条件和参数对于结果的影响及变化规律,同时得到优化后的流片条件,并进行流片与测试。本文具体的研究工作和成果如下:（1）使用仿真软件模拟的方式,深入研究分析了4H-Si C材料中的注入离子与结深,注入后的注入离子浓度分布,注入离子入射角度,能量及剂量之间的关联。使用Silvaco Tcad软件及SRIM软件对离子注入工艺进行仿真,并深入研究离子注入特性。研究分析了4H-Si C材料中的注入离子与结深,注入后的注入离子浓度分布,注入离子入射角度,能量及剂量之间的关联,影响及相应物理机制。从而得到期望的注入配方。且在预期注入配方的条件下对4H-Si C外延样品进行注入。采用了二次离子质谱（SIMS）的方式对样品进行测量,并进行了扫描电子显微镜（SEM）表征。最后得到的离子注入配方,采用以下参数进行离子注入时（倾斜角度为0°;进行次数为五的箱式离子注入;注入能量依次是35 ke V、90 ke V、120 ke V、200 ke V、370ke V）可获得了深度为0.4μm的范围内均匀重掺杂离子注入配方。（2）研究了退火温度分区和退火时间对离子注入后4H-Si C晶体质量的影响。在1650～1800℃的范围内退火时间一定的情况下,随着退火温度的不断增加,晶体质量会逐步改善,晶格损伤修复效果不断提高直至达到未经过离子注入的4H-Si C晶体质量。其次研究退火时间,退火温度,表面碳膜覆盖厚度对4H-Si C表面形貌的影响。实验表明经过碳膜溅射的样品相较于未经过碳膜溅射的样品的表面粗糙度有着较大的提升,同时提高碳膜厚度也有助于改善表面粗糙度。增加碳膜厚度,降低退火温度对Si C表面粗糙度均有改善。并对高温退火后的激活率进行了研究分析,测试结果显示随着温度的升高,激活率也升高,在达到一定值后达到饱和。发现过长时间的退火会导致Al离子的逸散,导致激活率下降。最终得到退火温度为1750℃,高温平台时间为10 min的退火条件。（3）将优化后工艺应用在4H-Si C JBS器件上,并进行流片,将结果进行分析。设计了4H-Si C JBS二极管的流片工艺流程,完成了版图绘制,并开展了流片实验。并对流片结果进行了采样检测和分析。在室温下4H-Si C JBS二极管的正向导通压降稳定在1.4 V内,在反向电压为1200 V时,其反向漏电为783 n A,小于1μA。当反向电压为1400 V时,其反向漏电为8.10μA,小于10μA。本文针对4H-Si C JBS器件制备关键工艺中的离子注入工艺和高温退火工艺进行了仿真和实验,并对实验结果进行了测试表征。并对具体工艺条件进行优化,然后进行流片测试。综合以上的实验分析及流片结果,本文为4H-Si C JBS器件的制备的工艺优化和性能提高提供了一定的理论基础和实验依据。
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