[發明專利]溝道型碳化硅肖特基二極管及其制作方法

無效

• 申請號: 201210110576.4
• 申請日: 2012-04-16
• 公開（公告）號: CN102723357A
• 公開（公告）日: 2012-10-10
• 發明（設計）人: 何志;張峰;樊中朝;趙詠梅;孫國勝;季安;楊富華
• 申請（專利權）人: 中國科學院半導體研究所
• 主分類號: H01L29/10
• 分類號: H01L29/10;H01L29/872;H01L21/329
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 湯保平

技術領域

本發明涉及微電子器件及其制造領域，更具體而言，本發明涉及一種溝道型碳化硅肖特基二極管及其制作方法。

背景技術

碳化硅(SiC)肖特基二極管是一種高壓電力半導體器件。雖然碳化硅帶隙寬，能夠制造高壓(＞600V)肖特基器件，但是由于肖特基金屬層11和碳化硅界面存在缺陷，導致器件漏電流增加。因此，現有技術中此類器件都采用JBS結構設計：在器件表面嵌入P型阱，器件在承受反向電壓時，形成耗盡層夾斷肖特基金屬層接觸的碳化硅外延層區域，將最大電場強度所在的肖特基接觸的位置移到外延層PN節耗盡區，從而降低了器件的漏電流。然而由于碳化硅P型摻雜工藝復雜，通常需要高溫離子注入和超高溫退火(～1600℃)。特別是由于P型摻雜元素(如鋁和硼)在碳化硅材料中擴散系數非常低，即使在超高溫下可以在注入的位置被激活但幾乎不擴散。所以不能簡單采用常規硅器件P型區域的形成工藝，通過一次離子注入和高溫擴散形成一個P型摻雜區，而是需要采用不同的能量將摻雜離子注入到不同的深度，通過注入離子分布的疊加形成一個框型區域，然后在超高溫下激活框型區內的注入離子。為了形成結深1微米的PN結，通常需要注入能量在600KeV到1M?KeV的高能注入機，而一般半導體生產廠商很難具有如此巨型的高能離子注入設備。

溝道型肖特基器件結構曾經被研究以替代復雜的離子注入工藝。在碳化硅表面通過光刻方法刻出溝道，并通過高溫氧化或其它半導體沉積工藝在溝道壁生長氧化硅膜形成MOS(金屬-氧化物-半導體)結構。陰極肖特基金屬層與溝道等連接形成等電勢力。在反向承壓時，MOS結構形成耗盡區，將最大場強區從肖特基表面轉移到溝道里金屬和氧化硅膜界面處，從而降低了器件的漏電流，提高器件的擊穿電壓。

由于氧化硅承受的電場高于碳化硅承受的電場，而氧化硅和碳化硅材料的理論擊穿場強接近，器件往往發生破壞型擊穿。因此MOS結構的碳化硅肖特基器件并沒有得到應用。在反向承受電壓時，其場強在氧化硅膜內壁達到最強峰值，由于氧化物與外延層的MOS結構在外延層只形成很薄的耗盡層，所以只承載很少一部分電場，外延層的場強大大低于氧化硅場強，氧化硅的理論擊穿場強與碳化硅近似，因此器件首先是絕緣的氧化硅被擊穿。不同于半導體材料的雪崩型擊穿，絕緣材料的擊穿是破壞性的，會導致器件徹底失效。

發明內容

本發明的目的在于，提供一種溝道型碳化硅肖特基二極管，其改進了溝道型肖特基器件的結構，使反向承壓時最高場強從溝道金屬和氧化硅膜界面處轉移到碳化硅外延片中，從而避免破壞性擊穿。

本發明提供一種溝道型碳化硅肖特基二極管，包括：

一外延片，具有上、下表面，該外延片的上面向下開有一溝道，該溝道內的底部注入有P型離子，在該溝道的底部形成P+區；

一氧化膜層，制作在外延片溝道的內壁面上，該氧化膜層的厚度為10納米-10微米；

一多晶硅層，制作在氧化膜層上，并充滿外延片的溝道內；

一肖特基金屬電極，制作在外延片上，并覆蓋該外延片的溝道；

一歐姆接觸電極，制作在外延片的下表面。

本發明還提供一種溝道型碳化硅肖特基二極管的制作方法，包括如下步驟：

步驟1：在碳化硅外延片的上表面覆蓋一層掩膜層，該氧化膜層的厚度為10納米-10微米；

步驟2：圖形化掩膜層，使掩膜層的中間形成一刻蝕窗口；

步驟3：在刻蝕窗口內向下刻蝕，使掩膜層形成一溝道；

步驟4：在溝道底部注入P型離子，使溝道的底部形成P+區；

步驟5：在溝道的內壁面上，制作一層氧化膜層；

步驟6：在氧化膜層上，制作多晶硅層，該多晶硅層充滿溝道；

步驟7：在外延片上，并覆蓋溝道，制作肖特基金屬電極；

步驟8：在外延片的下表面，制作歐姆接觸電極，完成二極管的制作。

附圖說明

為了進一步說明本發明的結構、特征及其目的，以下結合附圖及具體實施例進行詳細說明，其中：

圖1a-圖1h是本發明的制作流程圖；

圖2是本發明溝道型碳化硅肖特基二極管結構的反向電場強度分布示意圖。

具體實施例

請參閱圖1h，本發明提供一種溝道型碳化硅肖特基二極管，包括：