欧姆接触基极与发射极短接的穿通型SiC-TVS器件及其制备方法

欧姆接触基极与发射极短接的穿通型sic-tvs器件及其制备方法
技术领域
1.本发明属于微电子技术领域，具体涉及一种欧姆接触基极与发射极短接的穿通型sic-tvs器件及其制备方法。


背景技术：

2.雷电、电磁脉冲(emp)等瞬时高能量浪涌冲击会使电子元器件及其下游电子学系统失效甚至损毁。瞬态电压抑制二极管(transient voltage suppressor,tvs)具有吸收功率高、响应速度快以及钳位电压稳定等优势，是目前常用的防护型器件，广泛应用于航空航天、轨道交通、高压电网、先进武器系统等电路微型化、集成化应用领域中。当瞬态浪涌冲击电路系统时，并联于其两端的tvs短时间内导通并吸收浪涌功率，将端电压钳位到一个预设值以实现钳位保护功能，避免了电子元器件/电子学系统受过压或过流冲击而损坏。
3.目前常用的tvs器件采用硅(si)基半导体材料制作而成。而相比于si材料，碳化硅(sic)材料具有宽禁带、高临界击穿电场强度、高电子饱和漂移速度以及高热导率等优势，用碳化硅材料制备的tvs器件相对于si材料制备的tvs能够表现出低漏电、快速响应、耐高温和尺寸集约带来的强鲁棒性等潜在优点，在高温、强辐射电磁干扰等极端复杂工作环境正得到越来越多的关注。
4.在emp防护应用中，考虑emp信号上升前沿时间一般为纳秒级或百皮秒级，因此要求tvs器件具有相应的快速响应时间。对于npn穿通型sic-tvs器件，当反偏n+/p-结与正偏p-/n+结相连通使得中间p-基区全耗尽时，tvs导通工作。然而，由于正偏p-/n+结在p-区一侧存在少子注入引起的少子堆积现象，使得反偏n+/p-结在p-区的耗尽推进受到阻碍，导致器件的钳位响应速度变慢(响应时间为微秒级)，无法实现纳秒级的快速响应，因此在emp防护应用中受到限制。


技术实现要素：

5.为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种欧姆接触基极与发射极短接的穿通型sic-tvs器件及其制备方法。本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：
6.本发明的一个方面提供了一种欧姆接触基极与发射极短接的穿通型sic-tvs器件，包括sic衬底、sic外延层、第一电极和第二电极，其中，
7.所述sic外延层包括位于所述sic衬底上表面的基区、嵌入在所述基区上表面的若干个发射区和若干个基极接触区，所述发射区和所述基极接触区交替分布且相互接触，所述发射区与所述sic衬底掺杂类型相同，所述发射区与所述基区掺杂类型相反；所述基极接触区与所述基区掺杂类型相同，所述基极接触区与所述sic衬底掺杂类型相反；
8.所述第一电极设置在所述sic外延层上表面，由位于所述发射区上表面的若干个发射极以及位于所述基极接触区上表面的若干个基极短接组成，其中，所述若干个发射极
与所述若干个基极交替接触设置；
9.所述第二电极位于所述sic衬底的下表面。
10.在本发明的一个实施例中，所述发射区与所述发射极形成欧姆接触，所述基极接触区与所述基极形成欧姆接触，所述第二电极与所述sic衬底形成欧姆接触。
11.在本发明的一个实施例中，所述发射区的厚度大于所述基极接触区的厚度。
12.在本发明的一个实施例中，所述发射区的宽度w
n+
的取值范围为0.5～5μm，所述基极接触区的宽度w
p+
的取值范围为w
p+1
～w
p+2
μm，其中，w
p+1
＝w
n+
，w
p+2
＝4
×wn+
。
13.在本发明的一个实施例中，所述发射区的宽度w
n+
的取值范围为0.5～2μm，所述基极接触区的宽度w
p+
的取值范围为w
p+1
～w
p+2
μm，其中，w
p+1
＝w
n+
，w
p+2
＝2
×wn+
。
14.在本发明的一个实施例中，所述发射区、所述sic衬底和所述基极接触区的掺杂浓度均大于所述基区的掺杂浓度。
15.本发明的另一方面提供了一种欧姆接触基极与发射极短接的穿通型sic-tvs器件的制备方法，用于制备上述实施例中任一项所述的穿通型sic-tvs器件，所述制备方法包括：
16.s1：在sic衬底上外延生长sic外延层；
17.s2：利用离子注入方法在所述sic外延层上表面形成交替分布的多个发射区和多个基极接触区并进行激活退火；
18.s3：在所述发射区和所述基极接触区上表面制备第一电极，所述第一电极包括交替分布的发射极和基极；
19.s4：在所述sic衬底下表面制备第二电极。
20.在本发明的一个实施例中，所述s2包括：
21.s2.1：离子注入形成发射区：在所述sic外延层上表面淀积预定厚度的sio2层，旋涂光刻胶并形成刻蚀掩膜，通过等离子体干法刻蚀sio2层，形成离子注入掩膜，使得此时的离子注入窗口位于预设的发射区上方，去除光刻胶并进行离子注入，以在所述sic外延层上表面形成离子注入区，去除所述离子注入掩膜并清洗器件，形成嵌入在所述基区上表面且彼此间隔的若干个发射区；
22.s2.2：离子注入形成基极接触区：在所述sic外延层上表面淀积预定厚度的sio2层，旋涂光刻胶并形成刻蚀掩膜，通过等离子体干法刻蚀sio2层，形成离子注入掩膜，使得此时的离子注入窗口位于预设的基极接触区上方；去除光刻胶并进行离子注入，以在相邻发射区的间隙中形成基极接触区；去除sio2掩膜，并清洗器件；
23.s2.3：退火以激活注入的杂质原子并消除晶格损伤。
24.在本发明的一个实施例中，所述s3包括：
25.在所述发射区和基极接触区表面一体淀积ti、ni、al、w中的一种或几种金属，通过800～1100℃温度条件下的合金化退火使所述发射区与其上表面的金属形成欧姆接触，从而在所述发射区上表面形成发射极；同时使所述基极接触区与其上表面的金属形成欧姆接触，从而在所述基极接触区上表面形成基极。
26.在本发明的一个实施例中，所述s3包括：
27.若发射区为n型，基极接触区为p型，则在所述发射区上淀积金属ni，通过合金化退火与所述发射区形成欧姆接触，从而形成位于所述发射区上表面的发射极，在所述基极接
触区上表面淀积ti、ni、al、w中的一种或几种金属，通过合金化退火与所述基极接触区接触形成欧姆接触，从而形成位于所述基极接触区上表面的基极；
28.若发射区为p型，基极接触区为n型，则在所述基极接触区上淀积金属ni，通过合金化退火与所述基极接触区形成欧姆接触，从而形成位于所述基极接触区上表面的基极；在所述发射区上表面淀积ti、ni、al、w中的一种或几种金属，通过合金化退火与所述发射区接触形成欧姆接触，从而形成位于所述发射区上表面的发射极。
29.与现有技术相比，本发明的有益效果有：
30.本发明提供了一种欧姆接触基极与发射极短接的穿通型sic-tvs器件，利用sic的材料特性优势并基于npn穿通工作原理，在基区表面通过离子注入选区掺杂工艺形成间隔分布的发射区和基极接触区，并最终在基极接触区与发射区表面制备电极，实现基极与发射极短接。这样可有效地削弱npn穿通结构中正偏pn结处的少子堆积效应，大幅提高sic tvs器件的钳位响应速度，使响应时间达到纳秒级。通过优化设计基区表面间隔分布的发射区和基极接触区的结构参数，可以进一步实现响应时间与通流能力之间的均衡。
31.以下将结合附图及实施例对本发明做进一步详细说明。
附图说明
32.图1是本发明实施例提供的一种欧姆接触基极与发射极短接的穿通型sic-tvs器件的结构示意图；
33.图2是本发明实施例提供的一种欧姆接触基极与发射极短接的穿通型sic-tvs器件的元胞单元结构示意图；
34.图3是传统基极开路的npn穿通型sic-tvs器件的结构图、电场分布图以及电流密度分布图；
35.图4是本发明实施例提供的一种欧姆接触基极与发射极短接的穿通型sic-tvs器件的3元胞结构图、电场分布图和电流密度分布图；
36.图5a是本发明实施例提供的一种欧姆接触基极与发射极短接的穿通型sic-tvs器件的10元胞结构图；
37.图5b是本发明实施例提供的一种欧姆接触基极与发射极短接的穿通型sic-tvs器件的10元胞电流密度分布图；
38.图6是传统基极开路的npn穿通型sic-tvs器件与本发明实施例的欧姆接触基极与发射极短接的穿通型sic-tvs器件3元胞的钳位特性曲线对比图；
39.图7是传统基极开路的npn穿通型sic-tvs器件与本发明实施例的欧姆接触基极与发射极短接的穿通型sic-tvs器件3元胞在正偏p-/n+结处的srh复合速率峰值随时间变化的对比曲线图。
40.图8是本发明实施例提供的一种欧姆接触基极与发射极短接的穿通型sic-tvs器件的制备方法流程图；
41.图9a为本发明实施例提供的一种采用相同金属化方案制备第一电极的穿通型sic-tvs器件示意图；
42.图9b为本发明实施例提供的一种采用不同金属化方案制备第一电极的穿通型sic-tvs器件示意图。
43.附图标记说明：
44.10-sic衬底；20-sic外延层；201-基区；202-发射区；203-基极接触区；30-第一电极；301-发射极；302-基极；40-第二电极。
具体实施方式
45.为了进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及具体实施方式，对依据本发明提出的欧姆接触基极与发射极短接的穿通型sic-tvs器件及其制备方法进行详细说明。
46.有关本发明的前述及其他技术内容、特点及功效，在以下配合附图的具体实施方式详细说明中即可清楚地呈现。通过具体实施方式的说明，可对本发明为达成预定目的所采取的技术手段及功效进行更加深入且具体地了解，然而所附附图仅是提供参考与说明之用，并非用来对本发明的技术方案加以限制。
47.应当说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的物品或者设备中还存在另外的相同要素。
48.实施例一
49.请参见图1，图1是本发明实施例提供的一种欧姆接触基极与发射极短接的穿通型sic-tvs器件的结构示意图。该穿通型sic-tvs器件包括sic衬底10、sic外延层20、第一电极30和第二电极40，其中，sic外延层20包括位于sic衬底10上表面的基区201、嵌入在基区201上表面的若干个发射区202和若干个基极接触区203，发射区202和基极接触区203交替分布。
50.在本实施例中，所述若干个发射区202和所述若干个基极接触区203均通过离子注入形成，发射区202与sic衬底10掺杂类型相同，发射区202与基区201掺杂类型相反；基极接触区203与基区201的掺杂类型相同，基极接触区203与sic衬底10掺杂类型相反。也就是说，当发射区202与sic衬底10为n型掺杂时，基区201和基极接触区203为p型掺杂；当发射区202与sic衬底10为p型掺杂时，基区201和基极接触区203为n型掺杂。sic外延层20除发射区202和基极接触区203以外的区域为基区201，基区201的有效厚度h
p-为发射区202下方的外延层的厚度。
51.第一电极30设置在sic外延层20上表面，由位于发射区202上表面的若干个发射极301以及位于基极接触区203上表面的若干个基极302短接组成，其中，若干个发射极301与若干个基极302交替接触设置。发射极301和基极302可以采用相同金属化方案同时制备形成，也可以采用不同金属化方案分别制备形成，具体制备过程将在以下实施例二中进行详细描述。在本实施例中，发射区202与发射极301形成欧姆接触，基极接触区203与基极302形成欧姆接触，第二电极40与sic衬底10形成欧姆接触。第二电极40位于sic衬底10的下表面。
52.优选地，发射区202均匀间隔设置在基区201上表面并且发射区202的数量n≥3，在实际应用中，n的取值与通流大小有关，本发明实施例中不进行上限约束。
53.发射区202的厚度大于基极接触区203的厚度。优选地，发射区202的厚度d
n+
的取值范围为0.5～1.2μm，基极接触区203的厚度d
p+
的取值范围为0.2～1.2μm，且d
p+
《d
n+
。
54.进一步地，在一个具体实施例中，发射区202的宽度w
n+
的取值范围为0.5～5μm，基极接触区203的宽度w
p+
的取值范围为w
p+1
～w
p+2
μm，其中，w
p+1
＝w
n+
，w
p+2
＝4
×wn+
。
55.在另一个具体实施例中，发射区202的宽度w
n+
的取值范围为0.5～2μm，基极接触区203的宽度w
p+
的取值范围为w
p+1
～w
p+2
μm，其中，w
p+1
＝w
n+
，w
p+2
＝2
×wn+
。
56.在本实施例中，sic衬底层10与发射区202的离子掺杂类型为n型，基区201和基极接触区203的离子掺杂类型为p型。并且，发射区202和sic衬底10的掺杂浓度均大于基区201的掺杂浓度。也就是说，此时sic衬底层10为n+衬底，基区201为p-基区，发射区202为n+发射区，基极接触区203为p+基极接触区。此时，第一电极30为负电极，第二电极40为正电极。
57.在本发明的另一个具体实施例中，sic衬底层10与发射区202的离子掺杂类型为p型，基区201和基极接触区203的离子掺杂类型为n型。也就是说，此时sic衬底层10为p+衬底，基区201为n-基区，发射区202为p+发射区，基极接触区203为n+基极接触区。此时，第一电极30为正电极，第二电极40为负电极。
58.请参见图2，图2是本发明提供的一种欧姆接触基极与发射极短接的穿通型sic-tvs器件的元胞单元示意图，一并参见图1和图2可知，图1中具有完整结构的穿通型sic-tvs器件由若干个元胞单元结构重复排列可得到。
59.基于本实施例的穿通型sic-tvs器件，采用sentaurus tcad软件进行了仿真验证。动态特性仿真采用的信号源是峰值电压为1000v的10/1000μs的脉冲信号。请参见图3，图3是传统基极开路的npn穿通型sic-tvs器件的结构图、电场分布图以及电流密度分布图，其中，图3(a)为传统基极开路的npn穿通型sic-tvs器件结构图，其自下而上依次为sic衬底、基区外延层和sic发射区外延层，器件结构的基本参数包括：sic衬底的掺杂类型为n型，掺杂浓度为5
×
10
18
cm-3
。基区外延层的厚度为6μm，掺杂类型为p型，掺杂浓度为1
×
10
16
cm-3
。sic发射区外延层的深度为0.8μm，掺杂类型为n型，掺杂浓度为1
×
10
19
cm-3
。正电极位于衬底下侧区域，负电极位于发射区上侧区域，基极为开路状态；图3(b)是传统基极开路的npn穿通型sic-tvs器件的电场分布图，最大峰值电场主要集中于下方反向偏置的p-/n+结的p-基区一侧，最大峰值电场值e
bm
＝1.101mv/cm；图3(c)是传统基极开路的穿通型sic-tvs器件的电流密度分布图，整个器件均为通流区，电流密度较小，电流密度峰值为154a/cm2。
60.请参见图4，图4是本发明实施例提供的一种欧姆接触基极与发射极短接的穿通型sic-tvs器件的3元胞结构图、电场分布图和电流密度分布图，其中，图4(a)是一种欧姆接触基极与发射极短接的穿通型sic-tvs器件的3元胞结构图，器件结构的基本参数包括：sic衬底10的掺杂类型为n型，掺杂浓度为5
×
10
18
cm-3
。sic外延层20的厚度为6.8μm，其中，sic外延层20中包含3个离子注入形成的发射区202(即由3个元胞组成，以此示例)，基区201的有效厚度h
p-为6μm，发射区202的深度d
n+
为0.8μm，基极接触区203的深度d
p+
为0.3μm，发射区宽度w
n+
＝1μm，基极接触区203的宽度w
p+
＝2μm，基区201的掺杂类型为p型，掺杂浓度为1
×
10
16
cm-3
，发射区202的掺杂类型为n型，掺杂浓度为1
×
10
19
cm-3
，基极接触区203的掺杂类型为p型，掺杂浓度为1
×
10
19
cm-3
。正电极位于衬底下侧区域，负电极由上侧的发射极与基极短路形成。
61.图4(b)是一种欧姆接触基极与发射极短接的穿通型sic-tvs器件的3元胞电场分
布如图，最大峰值电场主要集中于下方反向偏置的p-/n+结的p-基区一侧，最大峰值电场值e
bm
＝1.146mv/cm，与传统基极开路的npn穿通型sic-tvs器件差别不大。基区表面的p+基极接触区和n+发射区边缘不存在高电场集中。
62.图4(c)是一种欧姆接触基极与发射极短接的穿通型sic-tvs器件的3元胞电流密度分布图，通流区主要位于发射区下侧的基区区域，峰值电流密度为1115a/cm2，电流密度相对较大，易产生局部热效应，降低器件可靠性。
63.进一步地，请参见图5a，图5a是本发明实施例提供的一种欧姆接触基极与发射极短接的穿通型sic-tvs器件的10元胞结构图，器件结构的基本参数包括：sic衬底10的掺杂类型为n型，掺杂浓度为5
×
10
18
cm-3
。sic外延层20的厚度为6.8μm，其中，sic外延层20中包含10个离子注入形成的发射区202，10个离子注入形成的基极接触区203(即由10个元胞组成，以此示例)，基区201的有效厚度h
p-为6μm，发射区202的深度d
n+
为0.8μm，基极接触区203的深度d
p+
为0.3μm，发射区宽度w
n+
＝1μm，基极接触区203的宽度w
p+
＝2μm，基区201的掺杂类型为p型，掺杂浓度为1
×
10
16
cm-3
，发射区202的掺杂类型为n型，掺杂浓度为1
×
10
19
cm-3
，基极接触区203的掺杂类型为p型，掺杂浓度为1
×
10
19
cm-3
。正电极位于衬底下侧区域，负电极由上侧的发射极与基极短路形成。
64.请参见图5b，图5b是本发明实施例提供的一种欧姆接触基极与发射极短接的穿通型sic-tvs器件的10元胞电流密度分布图，通流区主要位于发射区下侧的基区区域，峰值电流密度为419a/cm2，相比于3元胞结构，峰值电流密度下降约62％，即随着发射区数量n的增加，tvs器件内部的峰值电流密度随之减小，这将有益于减小热集中效应，提高器件的可靠性。
65.请参见图6，图6是传统基极开路的npn穿通型sic-tvs器件与本发明实施例的欧姆接触基极与发射极短接的穿通型sic-tvs器件(3元胞)的钳位特性曲线对比图，其中，纵轴为电压(voltage)，单位为v；横坐标为时间(time)，单位为s；无符号曲线为输入电压变化曲线，实心方形曲线为传统基极开路的npn穿通型sic-tvs器件的钳位电压变化曲线，空心圆形曲线为本发明的穿通型sic-tvs器件结构(3元胞)的钳位电压变化曲线。可以看出，传统基极开路的npn穿通型sic-tvs器件的钳位响应时间较大，约为2μs；而本发明的穿通型sic-tvs器件(3元胞)的钳位响应速度明显更快，响应时间可达到ns级。
66.进一步地，请参见图7，图7是传统基极开路的npn穿通型sic-tvs器件与本发明实施例的一种欧姆接触基极与发射极短接的穿通型sic-tvs器件(3元胞)在正偏p-/n+结处的srh(shockley-read-hall)复合速率峰值随时间变化的对比曲线图，其中纵轴为srh复合速率(srh combination rate)，单位为cm-3
/s；横轴为时间(time)，单位为s；空心圆形曲线为传统基极开路的npn穿通型sic-tvs器件的srh复合速率变化曲线，实心方形曲线为本发明的一种欧姆接触基极与发射极短接的穿通型sic-tvs器件结构(3元胞)的srh复合速率变化曲线。结合图6可以看出，在器件穿通后相当长的一段钳位时间内(10-9
～10-5
s)，传统基极开路的npn穿通型sic-tvs器件正偏p-/n+结处的srh复合速率峰值始终很高，维持在10
21
cm-3
/s；而本发明的穿通型sic-tvs器件结构(3元胞)只在穿通初始很短的时间(10-9
～10-8
s)srh复合速率峰值达到10
20
cm-3
/s，然后快速回落，保持在一个很小的数值(10-18
cm-3
/s)，这说明本发明的穿通型sic-tvs器件结构对正偏p-/n+结处少子堆积效应的抑制效果十分显著。与传统基极开路的npn穿通型sic-tvs器件相比，本发明实施例的穿通型sic-tvs器件，
通过在基区表面离子注入形成若干个均匀分布的发射区和基极接触区，并将基极与发射极短接，有效地削弱了正偏pn结在外延层基区一侧由于少子注入引起的少子堆积效应，大幅提高了器件的钳位响应速度，使得响应时间达到纳秒级。
67.实施例二
68.在实施例一的基础上，本实施例提供了一种欧姆接触基极与发射极短接的穿通型sic-tvs器件的制备方法，如图8所示，该穿通型sic-tvs器件的制备方法包括：
69.s1：在sic衬底上外延生长sic外延层。
70.在本实施例中，sic衬底为n型sic衬底，sic外延层为p-sic外延层。
71.s2：利用离子注入方法在sic外延层上表面形成交替分布的多个发射区和多个基极接触区并进行高温激活退火。
72.在本实施例中，所述发射区为n+发射区，所述基极接触区为p+基极接触区。步骤s2具体包括
73.s2.1：离子注入形成n+发射区：在sic外延层上表面淀积一层厚度为2μm的sio2层，旋涂光刻胶(photoresist，pr)，经过曝光、显影、坚膜、uv固胶等步骤形成刻蚀掩膜，随后通过icp或rie等离子体干法刻蚀sio2层，形成离子注入掩膜，其中此时离子注入掩膜上的注入窗口宽度按照预设的发射区宽度w
n+
设计，使得离子注入窗口位于预设的发射区上方；随后去除光刻胶，然后选用氮或磷杂质离子注入形成高掺杂浓度的n+离子注入区；去除离子注入掩膜并清洗器件。
74.s2.2：离子注入形成p+基极接触区：在sic外延层上表面淀积一层厚度为2μm的sio2层，旋涂光刻胶，经过曝光、显影、坚膜、uv固胶等步骤形成刻蚀掩膜，需要说明的是，p+基极接触区与n+发射区可采用不同的掩膜版制备，也可采用相同的掩膜版制备，此时，p+基极接触区掩膜图形需要采用n+发射区的反转胶进行图形化；随后，通过icp或rie等离子体干法刻蚀sio2层，形成sio2离子注入掩膜，其中此时注入窗口的宽度按照预设的基极接触区宽度w
p+
设计，使得离子注入窗口位于预设的基极接触区上方；去除光刻胶，然后选用铝或硼杂质离子注入形成高掺杂浓度的p+离子注入区；去除sio2掩膜，并清洗成光片。
75.s2.3：离子注入后高温激活退火(退火温度800～1100℃)：激活注入杂质原子，并消除晶格损伤。
76.s3：在sic外延层上表面制备第一电极，第一电极包括交替排列且短接的发射极和基极。发射极和基极可采用相同金属化方案同时制备，也可采用不同金属化方案分别制备。
77.请参见图9a，图9a为本发明实施例提供的一种采用相同金属化方案制备第一电极的穿通型sic-tvs器件示意图。在本实施例中，发射极和基极可采用相同金属化方案同时制备，具体包括如下步骤：在sic外延层的发射区和基极接触区表面一体淀积ti、ni、al、w中的一种或几种金属，通过800～1100℃温度条件下的合金化退火，以形成位于n+发射区上表面的发射极，以及位于p+基极接触区上表面的基极，并且分别与n+发射区和p+基极接触区表面形成欧姆接触。此时，n+发射区表面为n型欧姆接触，p+基极接触区表面为p型欧姆接触。
78.在本发明的另一实施例中，发射极和基极还可采用不同金属化方案分别制备。请参见图9b，图9b为本发明实施例提供的一种采用不同金属化方案制备第一电极的穿通型sic-tvs器件示意图，此时的制备过程具体包括：
79.在n+发射区上淀积金属ni，通过800～1100℃温度条件下的合金化退火与发射区
形成n型欧姆接触，从而形成位于n+发射区上表面的发射极；在p+基极接触区上表面淀积ti、ni、al、w中的一种或几种金属，通过800～1100℃温度条件下的合金化退火使得金属与p+基极接触区形成p型欧姆接触，从而形成位于p+基极接触区上表面的基极。
80.s4：在sic衬底下表面制备第二电极。
81.具体地，在sic衬底下表面通过电子束蒸发的方式淀积金属ni，通过合金化退火形成欧姆接触的第二电极，退火温度950～1100℃。
82.在本发明的另一实施例中，sic衬底层10为p+衬底，基区201为n-基区，发射区202为p+发射区，基极接触区203为n+基极接触区，其制备过程与上述制备过程相同，这里不再赘述。
83.本发明提供了一种欧姆接触基极与发射极短接的快速响应的穿通型sic-tvs器件，利用sic的材料特性优势并基于npn穿通工作原理，在基区表面通过离子注入选区掺杂工艺形成间隔分布的发射区和基极接触区，并最终在基极接触区与发射区表面制备电极，实现基极与发射极短接。这样可有效地削弱npn穿通结构中正偏pn结处的少子堆积效应，大幅提高sic tvs器件的钳位响应速度，使响应时间达到纳秒级。通过优化设计基区表面间隔分布的发射区和基极接触区的结构参数，可以进一步实现响应时间与通流能力之间的均衡。
84.以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

技术特征：
1.一种欧姆接触基极与发射极短接的穿通型sic-tvs器件，其特征在于，包括sic衬底(10)、sic外延层(20)、第一电极(30)和第二电极(40)，其中，所述sic外延层(20)包括位于所述sic衬底(10)上表面的基区(201)、嵌入在所述基区(201)上表面的若干个发射区(202)和若干个基极接触区(203)，所述发射区(202)和所述基极接触区(203)交替分布且相互接触，所述发射区(202)与所述sic衬底(10)掺杂类型相同，所述发射区(202)与所述基区(201)掺杂类型相反；所述基极接触区(203)与所述基区(201)掺杂类型相同，所述基极接触区(203)与所述sic衬底(10)掺杂类型相反；所述第一电极(30)设置在所述sic外延层(20)上表面，由位于所述发射区(202)上表面的若干个发射极(301)以及位于所述基极接触区(203)上表面的若干个基极(302)短接组成，其中，所述若干个发射极(301)与所述若干个基极(302)交替接触设置；所述第二电极(40)位于所述sic衬底(10)的下表面。2.根据权利要求1所述的欧姆接触基极与发射极短接的穿通型sic-tvs器件，其特征在于，所述发射区(202)与所述发射极(301)形成欧姆接触，所述基极接触区(203)与所述基极(302)形成欧姆接触，所述第二电极(40)与所述sic衬底(10)形成欧姆接触。3.根据权利要求1所述的欧姆接触基极与发射极短接的穿通型sic-tvs器件，其特征在于，所述发射区(202)的厚度大于所述基极接触区(203)的厚度。4.根据权利要求1所述的欧姆接触基极与发射极短接的穿通型sic-tvs器件，其特征在于，所述发射区(202)的宽度w
n+
的取值范围为0.5～5μm，所述基极接触区(203)的宽度w
p+
的取值范围为w
p+1
～w
p+2
μm，其中，w
p+1
＝w
n+
，w
p+2
＝4
×
w
n+
。5.根据权利要求1所述的欧姆接触基极与发射极短接的穿通型sic-tvs器件，其特征在于，所述发射区(202)的宽度w
n+
的取值范围为0.5～2μm，所述基极接触区(203)的宽度w
p+
的取值范围为w
p+1
～w
p+2
μm，其中，w
p+1
＝w
n+
，w
p+2
＝2
×
w
n+
。6.根据权利要求2所述的欧姆接触基极与发射极短接的穿通型sic-tvs器件，其特征在于，所述发射区(202)、所述sic衬底(10)和所述基极接触区(203)的掺杂浓度均大于所述基区(201)的掺杂浓度。7.一种欧姆接触基极与发射极短接的穿通型sic-tvs器件的制备方法，其特征在于，用于制备权利要求1至6中任一项所述的穿通型sic-tvs器件，所述制备方法包括：s1：在sic衬底上外延生长sic外延层；s2：利用离子注入方法在所述sic外延层上表面形成交替分布的多个发射区和多个基极接触区并进行激活退火；s3：在所述发射区和所述基极接触区上表面制备第一电极，所述第一电极包括交替分布的发射极和基极；s4：在所述sic衬底下表面制备第二电极。8.根据权利要求7所述的欧姆接触基极与发射极短接的穿通型sic-tvs器件的制备方法，其特征在于，所述s2包括：s2.1：离子注入形成发射区：在所述sic外延层上表面淀积预定厚度的sio2层，旋涂光刻胶并形成刻蚀掩膜，通过等离子体干法刻蚀sio2层，形成离子注入掩膜，使得此时的离子注入窗口位于预设的发射区上方，去除光刻胶并进行离子注入，以在所述sic外延层上表面形成离子注入区，去除所述离子注入掩膜并清洗器件，形成嵌入在所述基区上表面且彼此间
隔的若干个发射区；s2.2：离子注入形成基极接触区：在所述sic外延层上表面淀积预定厚度的sio2层，旋涂光刻胶并形成刻蚀掩膜；通过等离子体干法刻蚀sio2层，形成离子注入掩膜，使得此时的离子注入窗口位于预设的基极接触区上方；去除光刻胶并进行离子注入，以在相邻发射区的间隙中形成基极接触区；去除sio2掩膜，并清洗器件；s2.3：退火以激活注入的杂质原子并消除晶格损伤。9.根据权利要求7或8所述的欧姆接触基极与发射极短接的穿通型sic-tvs器件的制备方法，其特征在于，所述s3包括：在所述发射区和基极接触区表面一体淀积ti、ni、al、w中的一种或几种金属，通过800～1100℃温度条件下的合金化退火使所述发射区与其上表面的金属形成欧姆接触，从而在所述发射区上表面形成发射极；同时使所述基极接触区与其上表面的金属形成欧姆接触，从而在所述基极接触区上表面形成基极。10.根据权利要求7或8所述的欧姆接触基极与发射极短接的穿通型sic-tvs器件的制备方法，其特征在于，所述s3包括：若发射区为n型，基极接触区为p型，则在所述发射区上淀积金属ni，通过合金化退火与所述发射区形成欧姆接触，从而形成位于所述发射区上表面的发射极，在所述基极接触区上表面淀积ti、ni、al、w中的一种或几种金属，通过合金化退火与所述基极接触区接触形成欧姆接触，从而形成位于所述基极接触区上表面的基极；若发射区为p型，基极接触区为n型，则在所述基极接触区上淀积金属ni，通过合金化退火与所述基极接触区形成欧姆接触，从而形成位于所述基极接触区上表面的基极，在所述发射区上表面淀积ti、ni、al、w中的一种或几种金属，通过合金化退火与所述发射区接触形成欧姆接触，从而形成位于所述发射区上表面的发射极。

技术总结
本发明公开了一种欧姆接触基极与发射极短接的穿通型SiC-TVS器件及其制备方法，该器件包括SiC衬底、SiC外延层、第一电极和第二电极，其中，SiC外延层包括位于SiC衬底上表面的基区、嵌入在基区上表面交替分布的若干个发射区和若干个基极接触区，发射区与SiC衬底掺杂类型相同，与基区相反；基极接触区与基区掺杂类型相同，与SiC衬底相反；第一电极设置在SiC外延层上表面，由位于发射区上表面的若干个发射极以及位于基极接触区上表面的若干个基极短接组成。本发明通过在基区表面离子注入形成若干个均匀分布的发射区和基极接触区，并将基极与发射极短接，有效削弱正偏PN结在基区一侧由于少子注入引起的少子堆积效应，大幅提高了器件的钳位响应速度。器件的钳位响应速度。器件的钳位响应速度。


技术研发人员：韩超 黄雨 汤晓燕 苑广安 白博仪 陶利 王东 吴勇
受保护的技术使用者：西安电子科技大学芜湖研究院
技术研发日：2023.06.09
技术公布日：2023/8/13