SiC JBS二极管衬底减薄与激光退火工艺

衬底减薄可以大幅提升SiC结势垒肖特基(JBS)二极管的电流密度,但减薄工艺和减薄引入的激光退火工艺仍面临巨大挑战.使用不同型号的金刚砂轮模拟了SiC衬底减薄精磨过程,研究了精磨后SiC衬底的界面质量;同时,使用波长为355 nm的紫外激光器退火Ni/4H-SiC结构,分析了激光能量密度对欧姆接触的性能影响;最后,结合减薄工艺和激光退火工艺制备了厚度为100 μ,m的1200 V/15 A SiC JBS二极管.结果 表明,使用超精细砂轮精磨SiC衬底后,其表面粗糙度为1.26 nm,纵向损伤层厚度约为60 nm;当激光能量密度为1.8 J/cm2时,能形成良好的欧姆接触,比接触电阻率为7.42×10-5 Ω·cm2;厚度减薄至100 μ.m的1200 V/15 A SiC JBS二极管在不损失阻断性能的情况下,其正向导通压降比未减薄的减小了0.15V,电流密度提升了41.27％.     

激光退火在硅基光电探测器中的应用

分别对p-i-n和n-i-p两种结构的硅基光电探测器的背面离子注入层进行激光退火处理,辐照功率分别为0.5、1、1.25和1.5 J/cm2.根据激光退火激活载流子模式计算了载流子激活率,获得了载流子浓度和接触电阻的变化量.通过对比器件的电学和光学性能,发现采用1.5 J/cm2的激光,离子注入方式得到的硼离子和磷离子的激活率达到75.0％和92.6％,使得p-i-n和n-i-p结构器件的背接触电阻分别从未退火的22.3 Ω和15.89 Ω降低至7.32Ω和7.63 Ω,显著改善了硅基光电探测器的正向特性.在100 mV反向偏压下激光退火至少降低了10％的暗电流,并增强p-i-n结构峰值处约1％的光谱响应和n-i-p结构峰值处约5％的光谱响应.     

Ni基n型SiC材料的欧姆接触机理及模型研究

研究了Ni基n型SiC材料的欧姆接触的形成机理,认为合金化退火过程中形成的C空位(Vc)而导致的高载流子浓度层对欧姆接触的形成起了关键作用。给出了欧姆接触的能带结构图,提出比接触电阻ρC由ρC1和ρC2两部分构成。ρC1是Ni硅化物与其下在合金化退火过程中形成的高载流子浓度层间的比接触电阻,ρC2则由高载流子浓度层与原来SiC有源层之间载流子浓度差形成的势垒引入。该模型较好地解释了n型SiC欧姆接触的实验结果,并从衬底的掺杂水平、接触金属的选择、合金化退火的温度、时间、氛围等方面给出了工艺条件的改进建议。     

激光退火硅晶圆温度场分布的数值模拟研究

目前,激光退火技术被广泛应用于半导体加工领域,但对如何选择激光条件进行相应的退火并没有系统清晰的准则可以参考,尤其是在硅的深注入杂质激活方面。本文通过对激光照射在硅晶圆上形成的温度场分布进行数值模拟研究,分析了激光波长和脉冲宽度对加热深度以及晶圆背面温度的影响。结果表明,延长激光波长或脉冲宽度,都有助于增加激光退火的加热深度。而对于特定的激活深度需求,存在着最优的激光波长和脉冲宽度组合,可以使退火所需要的激光脉冲能量最低,硅晶圆背面的温升最小。本文通过模拟仿真给出了激活深度在1～10μm范围内的最优波长和脉宽值,可为实现高效的深硅注入激光激活工艺提供重要的条件参考。     

浅结激光退火的实验研究及工艺模型

随着器件尺寸缩小,浅结、超浅结的制作日益成为重要的工艺模块.对于22 nm及以下技术代来说,除了采用低能离子注入获得极浅的原始注入分布外,通常还采用短时或者瞬时激光退火来激活注入杂质,以保持原始的注入杂质不发生明显的扩散再分布.详细介绍了一台激光退火设备的搭建情况,利用所搭建的激光退火装置进行浅结、超浅结的激光退火实验研究.另一方面,鉴于当前激光退火工艺模型的欠缺,在实验数据的基础上,初步分析和建立了专门针对浅结激光退火处理的工艺模型.     

线阵碲镉汞探测器致损单元反常响应机理研究

分别对p-i-n和n-i-p两种结构的硅基光电探测器的背面离子注入层进行激光退火处理,辐照功率分别为0.5、1、1.25和1.5J/cm~2。根据激光退火激活载流子模式计算了载流子激活率,获得了载流子浓度和接触电阻的变化量。通过对比器件的电学和光学性能,发现采用1.5J/cm~2的激光,离子注入方式得到的硼离子和磷离子的激活率达到75.0%和92.6%,使得p-i-n和n-i-p结构器件的背接触电阻分别从未退火的22.3Ω和15.89Ω降低至7.32Ω和7.63Ω,显著改善了硅基光电探测器的正向特性。在100mV反向偏压下激光退火至少降低了10%的暗电流,并增强p-i-n结构峰值处约1%的光谱响应和n-i-p结构峰值处约5%的光谱响应。 更多还原     

离子注入制备n型SiC欧姆接触的工艺研究

由于杂质在SiC中的扩散系数很低,所以制备SiC器件欧姆接触所需要的高掺杂区必须采用离子注入技术.本文采用蒙特卡罗模拟软件TRIM模拟得出不同能量不同剂量六次注入杂质的纵向分布图,根据大量文献数据和国内现有的制备水平,提出制备n型SiC欧姆接触最优的工艺流程.     

Ni基硅化物受退火方式影响的研究

硅化镍(NiSi)因具备低硅耗、低电阻率、低热预算、没有明显线宽效应等特性,被广泛应用于源漏极接触部分和栅极与金属的接触部分中。工艺中,加热条件的变化会导致生成不同的Ni基硅化物,均一性也会根据加热方式产生变化,影响器件的性能。对先导工艺中Ni基硅化物在不同工艺流程里不同的固相反应进行了对比分析,研究了低温浸入式退火加高温尖峰退火以及低温浸入式退火加高温激光退火这两种方法对生成Ni基硅化物的影响,发现硅化物电阻值主要取决于低温浸入式退火的温度,硅化物均一性主要取决于高温退火方式。该研究结果对实际工艺加工有参考作用。     

硅晶圆中注入10 MeV磷的连续激光退火激活

基于硅(Si)中高能注入磷(P)的连续激光退火方法展开研究。采用的P离子最高注入能量为10 MeV,在Si中的注入深度可达7μm。分别采用532nm和808nm波长的连续激光退火,照射时间分别为2ms和27ms。结果显示,虽然532nm激光在Si中的穿透深度只有125μm,不到808nm激光的1/10,但由于照射时间较长,热传导起到主要作用。因此,两种退火方案都可以实现整个注入深度的有效激活。532nm连续激光退火实现了93的激活效率,808nm激光退火的激活效率接近100。     

欧姆接触镍电极的研究

对镍电极浆料进行了实验研究。材料配方的选择和工艺的优化是实验的关键。实验中用玻璃粉和硼粉作为镍电极浆料的粘合剂和抗氧化剂，其中镍粉的质量分数不得低于65％，研制出的镍浆料可在大气中于810℃烧结在PTC等半导瓷上构成电极。通过扫描电镜(sEM)可以发现镍电极能牢固地附着在陶瓷体上并具有良好的欧姆接触性能。     

低温退火制备Ti/4H-SiC欧姆接触

实现SiC器件欧姆接触常规工艺需要800～1200℃的高温退火.研究了n型4H-SiC低温制备Ti欧姆电极的工艺及其基本电学特性.通过氢等离子体处理4H-SiC的表面,沉积Ti后可直接形成欧姆接触,室温下比接触电阻率ρc为2.25×10-3 Ω·m2(ρc由圆形传输线模型CTLM测得),随着合金温度的升高,其欧姆特性逐渐增强,400℃合金后获得最低的比接触电阻率ρc为2.07×10-4 Ω·m2.采用X射线衍射(XRD)确定金属/n-SiC界面反应时形成的相,以分析电学性质与微观结构间的联系.最后讨论了低温欧姆接触的形成机制.     

4H-SiC欧姆接触与测试方法研究

主要针对不同金属和工艺条件下的4H-SiC欧姆接触特性进行对比研究,形成4H-SiC的优良欧姆接触的最佳条件。通过TLM方法结合四探针测量得到特征接触电阻率,测得NiCr和Ni与4H-SiC的最佳特征接触电阻率分别达到ρc=9.02×10-6Ω.cm2,ρc=2.22×10-7Ω.cm2,能够很好满足SiC器件的需要。     

TiC/n型4H-SiC欧姆接触的低温退火研究

利用电子回旋共振(ECR)氢等离子体处理n型4H-SiC(0.5～1.5×1019cm-3)表面,采用溅射法制备碳化钛(TiC)电极,并在低温(<800℃)条件下退火。直线传输线模型(TLM)测试结果表明,TiC电极无需退火即可与SiC形成欧姆接触,采用ECR氢等离子体处理能明显降低比接触电阻,并在600℃退火时获得了最小的比接触电阻2.45×10-6Ω.cm2;当退火温度超过600℃时,欧姆接触性能开始退化,但是比接触电阻仍然低于未经氢等离子体处理的样品,说明ECR氢等离子体处理对防止高温欧姆接触性能劣化仍有明显的效果。利用X射线衍射(XRD)分析了不同退火温度下TiC/SiC界面的物相组成,揭示了电学特性与微观结构的关系。     

SiC电力电子器件研究现状及新进展

由于硅材料本身的限制,传统硅电力电子器件性能已经接近其极限,碳化硅(SiC)器件的高功率、高效率、耐高温、抗辐照等优势逐渐突显,成为电力电子器件一个新的发展方向.综述了SiC材料、SiC电力电子器件、SiC模块及关键工艺的研究现状,重点从材料、器件结构、制备工艺等方面阐述了SiC二极管、金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)、结晶型场效应晶体管(JFET)、双极结型晶体管(BJT)、绝缘栅双极晶体管(IGBT)及模块的研究进展.概述了SiC材料、SiC电力电子器件及模块的商品化情况,最后对SiC材料及器件的发展趋势进行了展望.     

n型4H-SiC欧姆接触特性

对不同工艺条件下的NiCr/4H-SiC欧姆接触特性进行了对比研究,得到了良好欧姆接触的最佳工艺条件,为SiC MESFET器件的实现奠定了基础. 文中介绍了欧姆接触的工艺流程,并通过TLM方法测量特征接触电阻率,测得NiCr/4H-SiC的最佳特征接触电阻率达到1.24e-5Ω·cm2,能够很好地满足SiC MESFET器件的需要.     

p型SiC欧姆接触理论及研究进展

碳化硅(SiC)具有宽禁带、高临界击穿电场、高热导率等优异特性,是制备高温、高频、大功率器件最理想的半导体材料之一。然而,制备良好的SiC欧姆接触尤其是p型SiC欧姆接触仍然是SiC器件研制中亟需攻克的关键技术难题。首先对p型SiC欧姆接触的形成机制及金属/SiC接触势垒理论进行了深入分析。然后,对近年来p型SiC欧姆接触的重要研究进展进行了综述,包括形成欧姆接触的金属体系,制备工艺条件,获得的比接触电阻率等,并重点讨论了p型SiC欧姆接触的形成机理。最后,对未来p型SiC欧姆接触的研究方向进行了展望。     

SiC ICP背面通孔刻蚀研究

介绍了利用ICP设备,使用SF6基气体对4H-SiC衬底进行背面通孔刻蚀的技术。研究了金属刻蚀掩模、刻蚀气体中O2含量的变化、反应室压力、RF功率和ICP功率等各种条件对刻蚀结果产生的影响,重点对刻蚀气体中O2含量和反应室压力两个条件进行了优化。通过对刻蚀结果的分析,得出了适合当前实际工艺的优化条件,实现了厚度为100μm、直径为70μm的SiC衬底GaN HEMT和单片电路的背面通孔刻蚀,刻蚀速率达700nm/min,SiC和金属刻蚀选择比达到60∶1。通过对工艺条件的优化,刻蚀出倾角为75°～90°的通孔。     

激光退火法低温制备多晶硅薄膜的研究

利用激光退火的方式在低温下制备多晶硅薄膜,采用ＸＲＤ、ＳＥＭ等分析手段,进行了表征与分析,对晶体的阈值能量密度进行了计算,并对激光退火的机理进行了探讨。研究结果表明：α－Ｓｉ晶化的阈值能量密与薄膜的厚度无关,在晶化区内,晶粒尺寸的大小随着照射到薄膜表面的激光能量密量的增加而增加。