[發(fā)明專利]一種碳化硅功率器件結(jié)終端結(jié)構(gòu)及其制造方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410044259.6
• 申請(qǐng)日: 2014-01-30
• 公開（公告）號(hào): CN103824878B
• 公開（公告）日: 2017-03-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 楊勇雄;吳煜東;何多昌;蔣華平;李誠瞻;趙艷黎;吳佳;唐龍谷
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 株洲南車時(shí)代電氣股份有限公司
• 主分類號(hào): H01L29/06
• 分類號(hào): H01L29/06;H01L21/04
• 代理公司: 北京聿宏知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司11372
• 代理人: 吳大建,劉華聯(lián)

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種碳化硅功率器件結(jié)終端結(jié)構(gòu)，還涉及一種制造這種結(jié)終端結(jié)構(gòu)的制造方法。

背景技術(shù)

相對(duì)于以硅為代表的第一代半導(dǎo)體和以砷化鎵為代表的第二代半導(dǎo)體，第三代半導(dǎo)體的碳化硅具有更大的禁帶寬度和更高的臨界擊穿電場，非常適合制造高溫大功率半導(dǎo)體器件。目前來看，碳化硅功率器件是國際上的開發(fā)熱點(diǎn)。

就功率器件而言，需要對(duì)結(jié)終端進(jìn)行良好設(shè)計(jì)。合理設(shè)計(jì)的結(jié)終端不僅是確保功率器件耐壓能力的關(guān)鍵，也是保證功率器件可靠工作的重要部分。其中，場限環(huán)是縱向功率半導(dǎo)體器件的常用結(jié)終端結(jié)構(gòu)，它可以與主結(jié)同時(shí)制作也可以單獨(dú)制作。

碳化硅功率器件的結(jié)終端，特別是在高壓情形下，常用浮空?qǐng)鱿蕲h(huán)的終端結(jié)構(gòu)。但是場限環(huán)外側(cè)（遠(yuǎn)離主結(jié)的一側(cè)）的上表面的尖角位置更易于出現(xiàn)尖峰電場。此外，由于材料本身的特點(diǎn)，在碳化硅表面熱生長較厚的二氧化硅薄膜受限制，因此碳化硅功率器件的結(jié)終端表面的介質(zhì)鈍化層通常是通過淀積得到的二氧化硅，其質(zhì)量相對(duì)較差，相比于碳化硅較高的臨界擊穿電場，鈍化層成為易于被擊穿的地方。因此，尖角位置的電場尖峰可降低碳化硅功率器件的耐壓能力以及可靠性。因此，急需一種耐壓能力好、可靠性高的碳化硅功率器件結(jié)終端結(jié)構(gòu)。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)上述的問題，本發(fā)明提出了一種碳化硅功率器件結(jié)終端結(jié)構(gòu)，這種結(jié)終端結(jié)構(gòu)耐壓能力好、可靠性高。本發(fā)明還提出了制造這種結(jié)終端結(jié)構(gòu)的制造方法。

根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提出了一種碳化硅功率器件結(jié)終端結(jié)構(gòu)，其包括：多個(gè)場限環(huán)，其通過摻雜間隔設(shè)置于外延層上；摻雜區(qū)，其設(shè)置于外延層的上方；其中，摻雜區(qū)是在外延層上通過再次外延得到。

通過本發(fā)明的碳化硅功率器件結(jié)終端結(jié)構(gòu)，使得尖角位置的尖峰電場被轉(zhuǎn)移至半導(dǎo)體體內(nèi)。相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)中的鈍化層，摻雜區(qū)具有相對(duì)較高的材料質(zhì)量和更高的介電常數(shù)，從而具有更高的可靠性和更強(qiáng)的承受電場的能力。因此功率器件的耐壓能力和可靠性得到提高。

在一個(gè)實(shí)施例中，摻雜區(qū)包括第一摻雜區(qū)和第二摻雜區(qū)，第二摻雜區(qū)至少自最外側(cè)場限環(huán)的外側(cè)冶金結(jié)面向外延伸預(yù)定距離，第一摻雜區(qū)設(shè)置于其余區(qū)域，并且第二摻雜區(qū)的摻雜濃度大于第一摻雜區(qū)的摻雜濃度，但小于場限環(huán)的摻雜濃度。由此能夠使得結(jié)終端的結(jié)構(gòu)得到優(yōu)化，提高了耐壓能力。

在一個(gè)實(shí)施例中，第二摻雜區(qū)還設(shè)置于最外側(cè)主結(jié)與最外側(cè)場限環(huán)的外側(cè)冶金結(jié)面之間。由此可優(yōu)化最外側(cè)主結(jié)和最外側(cè)場限環(huán)的外側(cè)冶金結(jié)面附近的電場分布，從而提高功率器件的耐壓能力。

在一個(gè)實(shí)施例中，第二摻雜區(qū)還設(shè)置于場限環(huán)之間。從而可優(yōu)化場限環(huán)的電場分布，從而提高功率器件的耐壓能力。

在一個(gè)實(shí)施例中，第二摻雜區(qū)還橫跨場限環(huán)的外側(cè)冶金結(jié)面，并且第二摻雜區(qū)自位于最外側(cè)主結(jié)和最外側(cè)場限環(huán)之間的中間場限環(huán)的外側(cè)冶金結(jié)面向外延伸預(yù)定距離。由此使得功率器件的性能得到優(yōu)化。

在一個(gè)實(shí)施例中，第一摻雜區(qū)的導(dǎo)電類型與外延層的導(dǎo)電類型相同，第二摻雜區(qū)的導(dǎo)電類型與場限環(huán)的導(dǎo)電類型相同。由此削弱半導(dǎo)體內(nèi)的電場集中，從而提高結(jié)終端的耐壓能力。

在一個(gè)實(shí)施例中，第二摻雜區(qū)的摻雜濃度為1×10¹⁴cm^-3～1×10¹⁷cm^-3。

在一個(gè)實(shí)施例中，摻雜區(qū)的厚度為100nm～5000nm。

根據(jù)本發(fā)明的第二方面，還提供了一種碳化硅功率器件結(jié)終端結(jié)構(gòu)的制造方法，其包括以下步驟：步驟1：在外延層上制作多個(gè)主結(jié)和多個(gè)場限環(huán)；步驟2：外延生長摻雜區(qū)。由此能夠使得場限環(huán)外側(cè)的上表面的電場集中轉(zhuǎn)移至半導(dǎo)體內(nèi)，從而提高了結(jié)終端的耐壓能力。

在一個(gè)實(shí)施例中，還包括以下步驟：步驟3：對(duì)多個(gè)主結(jié)補(bǔ)充注入離子；步驟4：制作掩膜，以在摻雜區(qū)形成第二摻雜區(qū)的注入窗口；步驟5：離子注入，以形成第二摻雜區(qū)，其中摻雜區(qū)的未進(jìn)行離子注入的部分為第一摻雜區(qū)。第二摻雜區(qū)的引入可優(yōu)化結(jié)終端的電場分布，從而使得功率器件的性能得到優(yōu)化。

需要說明的是，本發(fā)明中使用的術(shù)語“外”為遠(yuǎn)離功率器件有源區(qū)的方向。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于，場限環(huán)外側(cè)的上表面的尖峰電場被轉(zhuǎn)移到半導(dǎo)體體內(nèi)，由此使得結(jié)終端能夠承受更強(qiáng)的電場，從而提高了功率器件的耐壓能力和產(chǎn)品的可靠性。

附圖說明

在下文中將基于實(shí)施例并參考附圖來對(duì)本發(fā)明進(jìn)行更詳細(xì)的描述。其中：

圖1是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的碳化硅功率器件結(jié)終端結(jié)構(gòu)的示意圖；