[發(fā)明專利]基于外延工藝的溝槽式浮動結(jié)碳化硅SBD器件及其制造方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410166386.3
• 申請日: 2014-04-21
• 公開（公告）號: CN104078515A
• 公開（公告）日: 2014-10-01
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 宋慶文;楊帥;湯曉燕;張藝蒙;賈仁需;張玉明;王悅湖
• 申請（專利權(quán)）人: 西安電子科技大學(xué)
• 主分類號: H01L29/872
• 分類號: H01L29/872;H01L29/06;H01L21/329;H01L21/265
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及微電子技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于外延工藝的溝槽式浮動結(jié)碳化硅SBD器件及其制造方法。

背景技術(shù)

碳化硅材料比Si具有更優(yōu)良的電學(xué)性能，這使它十分適合于高壓、大功率以及高頻等領(lǐng)域。而它的發(fā)展步伐已經(jīng)超過其他寬禁帶半導(dǎo)體，比其他寬禁帶半導(dǎo)體有更廣泛的應(yīng)用。

SiC材料禁帶寬度大，可達(dá)到3eV以上，是Si的3倍，臨界擊穿電場可達(dá)到2MV/cm以上，比Si高出一個數(shù)量級，而在高壓大功率器件中，往往需要較厚的輕摻雜的外延層來獲得較高的反向擊穿電壓，但是這會導(dǎo)致正向?qū)ㄌ匦缘慕档停@就使SiC在高壓大功率領(lǐng)域顯現(xiàn)出了巨大的優(yōu)勢，在相同擊穿電壓下，SiC功率器件的導(dǎo)通電阻只有Si功率器件的1/100到1/200，而在相同的特征導(dǎo)通電阻下，Si功率器件的擊穿電壓是SiC功率器件的1/10到1/20。此外SiC材料熱導(dǎo)率高(4.9W/cm.K左右)，是Si的8倍，并且器件耐高溫，比Si更適合于大電流器件。SiC載流子壽命短，只有幾納秒到幾百納秒。在相同導(dǎo)通電阻下，SiC器件的開關(guān)速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于Si器件的開關(guān)速度，更適合制造高頻功率器件。SiC材料的抗輻照特性也十分優(yōu)秀，在相同輻射條件下，SiC材料中引入的電子-空穴對比Si材料要少得多。因此，SiC優(yōu)良的物理特性使得SiC器件在航空航天電子，高溫輻射惡劣環(huán)境、軍用電子、石油勘探、、自動化、核能、無線通信、雷達(dá)、汽車電子、大功率相控陣?yán)住⑸漕lRF和微波等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用，并且在未來的新能源如水能、風(fēng)能和太陽能等領(lǐng)域也有極其良好的應(yīng)用前景。

功率半導(dǎo)體器件在發(fā)展過程中一直追求更大的電流和更大的反向阻斷電壓，為了實現(xiàn)高擊穿電壓，在近幾年功率器件新結(jié)構(gòu)的研究中，最熱的就是超結(jié)結(jié)構(gòu)、半超結(jié)結(jié)構(gòu)以及浮結(jié)結(jié)構(gòu)。“超結(jié)”的概念由Tarsuhiko等人再1997年提出，但是超結(jié)的制造難度很大，多次交替的離子注入和外延生長尤其對SiC更難。相比來說，浮動結(jié)器件更容易實現(xiàn)。SiC浮動結(jié)器件已經(jīng)在實驗室由T?Hatakeyama等人首次制造成功。

浮動結(jié)碳化硅肖特基二極管(SiC?FJ-SBD)相對于傳統(tǒng)肖特基二極管，在器件的外延層中引入了埋層，增大了器件的擊穿電壓。而溝槽式肖特基二極管通過在器件表面引入溝槽增大了正向?qū)娏鳎@兩種碳化硅器件在近幾年都在功率器件倍領(lǐng)域關(guān)注。

但是浮動結(jié)碳化硅SBD引入的埋層導(dǎo)致正向?qū)娏鞯膶?dǎo)電溝道變窄，降低了器件的正向?qū)ㄌ匦浴Ｍ瑫r一次外延層表面離子注入會引入界面缺陷和晶格損傷。而溝槽式碳化硅SBD的溝槽拐角處導(dǎo)致了器件在反向電壓的作用下引入峰值電場，降低了器件的擊穿電壓。

鑒于上述缺陷，本發(fā)明創(chuàng)作者經(jīng)過長時間的研究和實踐終于獲得了本創(chuàng)作。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種基于外延工藝的溝槽式浮動結(jié)碳化硅SBD器件及其制造方法，用以克服上述技術(shù)缺陷。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種基于外延工藝的溝槽式浮動結(jié)碳化硅SBD器件，其包括金屬、SiO₂隔離介質(zhì)、溝槽、一次N-外延層、二次P+外延層、三次N^-外延層、N⁺襯底區(qū)、歐姆接觸區(qū)，其中，

所述溝槽與二次P+外延層上下對齊，形狀相同，或者與非二次P+外延層區(qū)上下對齊，形狀相同。

進(jìn)一步，所述溝槽與此溝槽下方的二次P+外延層形狀相同，面積相等，邊緣對齊，或者每個溝槽與此溝槽下方的非二次P+外延層區(qū)的形狀相同，面積相等，邊緣對齊。

進(jìn)一步，所述溝槽的深度為1～3μm，位于金屬1下方，三次N^-外延層的表面。

進(jìn)一步，所述一次N^-外延層位于N⁺襯底之上，厚度為5～15μm，其中氮離子的摻雜濃度為摻雜濃度為1x10¹⁵cm^-3～1x10¹⁶cm^-3。