[發(fā)明專利]結(jié)勢壘肖特基整流器及其制造方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200780020722.1
• 申請日: 2007-04-03
• 公開（公告）號: CN101467262A
• 公開（公告）日: 2009-06-24
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 邁克爾·S·馬佐拉;成林
• 申請（專利權(quán)）人: 半南實驗室公司
• 主分類號: H01L29/872
• 分類號: H01L29/872;H01L21/04;H01L29/06;H01L29/24
• 代理公司: 北京英賽嘉華知識產(chǎn)權(quán)代理有限責(zé)任公司
• 代理人: 余 朦;王艷春

關(guān)于聯(lián)邦政府資助研究

本發(fā)明由美國政府根據(jù)第F33615-01-D-2103號空軍研究實驗室協(xié) 議進行的。美國政府對本發(fā)明具有一定權(quán)利。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明通常涉及具有豎直p⁺-n結(jié)的結(jié)勢壘肖特基整流器或二極 管，特別地，涉及具有形成p⁺-n結(jié)的外延生長的漂移層和外延過生長 的漂移區(qū)的器件，該p⁺-n結(jié)可以或不可以為埋入的且自平坦化的肖特 基接觸區(qū)。該器件可形成于寬帶隙半導(dǎo)體材料中，例如碳化硅。

背景技術(shù)

碳化硅(SiC)是一種寬帶隙半導(dǎo)體材料，常用于大功率、高溫和 /或抗輻射電子領(lǐng)域。由于與傳統(tǒng)硅材料相比其具有卓越的材料物理特 性，例如寬能帶隙、高擊穿場強、高飽和電子漂移速率和高熱導(dǎo)率， 因此SiC功率開關(guān)對上述應(yīng)用來說是理想的選擇。除了上述優(yōu)點之外， 與傳統(tǒng)硅功率器件相比，SiC功率器件可在更低的特定開態(tài)電阻條件 下操作[1]。SiC單極器件在不遠的將來有望在600-3000V范圍內(nèi)取代 Si單極開關(guān)和整流器。

通常，有三種整流器[2]：(1)肖特基二極管，提供較低的有效接 通電壓，從而具有較低的接通狀態(tài)損失，由于主要由多數(shù)載流子進行 傳導(dǎo)，因而具有極高的開關(guān)速度，從而沒有擴散電容，因此不會在開 關(guān)關(guān)閉時出現(xiàn)真正的反向恢復(fù)，也不會在開關(guān)打開時出現(xiàn)正向電壓過 沖，但是高的泄漏電流會造成不利影響[3]；(2)P-i-N二極管，提供 較低的泄漏電流，但在開關(guān)過程中會出現(xiàn)反向恢復(fù)電荷；和(3)結(jié)勢 壘肖特基(JBS)二極管，通過為肖特基表面屏蔽高電場，從而提供 類似肖特基的接通狀態(tài)和開關(guān)性能，以及類似PiN的關(guān)閉狀態(tài)性能。 在采用了Si?PiN二極管的傳統(tǒng)高電壓(＞600V)電路中，功率損失的 主要來源是整流器關(guān)閉過程中反向恢復(fù)電荷的擴散。SiC?JBS二極管 的快速恢復(fù)使得對于整流器和開關(guān)的很低熱需求的封裝設(shè)計成為可 能，并可期望3倍以上地增加電路的功率密度。

由于在材料特性和處理技術(shù)方面的本質(zhì)區(qū)別，功率整流器(或二 極管)方面的傳統(tǒng)Si或GaAs微電子技術(shù)難以轉(zhuǎn)換為SiC。過去幾十 年中有大量關(guān)于SiC整流器的報道(如，[2-6])。

美國專利US4982260公開了通過蝕刻穿過擴散生成的重度摻雜p 型阱而限定p型發(fā)射極區(qū)域。然而，由于將摻雜物擴散入SiC在很高 的溫度下速度很慢，這是一個實際問題，所以p型阱僅可在n型SiC 中通過離子注入形成，這種離子注入會由于注入所產(chǎn)生的損傷而導(dǎo)致 少數(shù)載流子壽命受損。

美國專利US6524900B2公開了SiC結(jié)勢壘肖特基(JBS)/結(jié)合的 P-I-N肖特基(MPS)柵格的一個實施例。該器件具有沉積在注入的p 型島上的肖特基金屬，該p型島由等離子蝕刻穿過外延生長層而形成。 然而，一旦缺乏p型區(qū)上的p型歐姆觸點和由p型區(qū)的低摻雜引起的 傳導(dǎo)率調(diào)制不足，則該結(jié)構(gòu)無法有效地保護其自身免受沖擊電流的影 響。

美國專利US6104043公開了一種采用注入的P⁺區(qū)以形成p-n結(jié)的 結(jié)勢壘整流器的實施例。其中，盡管歐姆觸點形成于重摻雜的注入p 型區(qū)，但該結(jié)構(gòu)的漂移區(qū)中傳導(dǎo)率調(diào)制受到少數(shù)載流子壽命較低的影 響，而少數(shù)載流子壽命低是由即使在高溫?zé)嵬嘶鹬笠矔a(chǎn)生的殘留 注入缺陷引起的。

目前，大部分低成本批量生產(chǎn)的障礙都可追溯到p⁺-n結(jié)水平的工 藝步驟中。而且，用于歐姆觸點的重度摻雜p型區(qū)難以在SiC中制備， 原因在于SiC的寬帶隙。為了獲得用于SiC結(jié)勢壘肖特基二極管中的 傳導(dǎo)率調(diào)制和歐姆接觸的突變p⁺-n結(jié)，經(jīng)常采用離子注入的方法形成 P⁺區(qū)。在離子注入和極高溫(例如溫度＞＝1500℃)的后注入退火過程 中導(dǎo)致的損害可導(dǎo)致p-n結(jié)的反向泄露電流增大，并且使其上具有肖 特基觸點的SiC表面退化。由上述工序產(chǎn)生的危害在很大程度上影響 了器件性能，包括正向傳導(dǎo)和阻止的能力。同時還難于通過離子注入 精確地控制p⁺-n結(jié)的深度，原因在于以下因素的組合：注入后部的實 際深度剖面的不確定性、缺陷的密度、退火后注入離子的再分配、摻 雜物原子的電離比例和不同偏置和/或溫度壓力下的點缺陷。