[發明專利]基于離子注入的溝槽式浮動結碳化硅SBD器件及其制造方法

在審

• 申請號: 201410166389.7
• 申請日: 2014-04-21
• 公開（公告）號: CN104078516A
• 公開（公告）日: 2014-10-01
• 發明（設計）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）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: H01L29/872
• 分類號: H01L29/872;H01L29/06;H01L21/329
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及微電子技術領域，尤其涉及一種具有溝槽的浮動結碳化硅SBD器件及其制造方法。

背景技術

碳化硅材料比Si具有更優良的電學性能，這使它十分適合于高壓、大功率以及高頻等領域。而它的發展步伐已經超過其他寬禁帶半導體，比其他寬禁帶半導體有更廣泛的應用。

SiC材料禁帶寬度大，可達到3eV以上，是Si的3倍，臨界擊穿電場可達到2MV/cm以上，比Si高出一個數量級，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，但是這會導致正向導通特性的降低，這就使SiC在高壓大功率領域顯現出了巨大的優勢，在相同擊穿電壓下，SiC功率器件的導通電阻只有Si功率器件的1/100到1/200，而在相同的特征導通電阻下，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。在相同導通電阻下，SiC器件的開關速度遠遠小于Si器件的開關速度，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，高溫輻射惡劣環境、軍用電子、石油勘探、、自動化、核能、無線通信、雷達、汽車電子、大功率相控陣雷、射頻RF和微波等領域有廣泛的應用，并且在未來的新能源如水能、風能和太陽能等領域也有極其良好的應用前景。

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

浮動結碳化硅肖特基二極管(SiC?FJ-SBD)相對于傳統肖特基二極管，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導通電流，這兩種碳化硅器件在近幾年都在功率器件倍領域關注。

但是浮動結碳化硅SBD引入的埋層導致正向導通電流的導電溝道變窄，降低了器件的正向導通特性。而溝槽式碳化硅SBD的溝槽拐角處導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，本發明創作者經過長時間的研究和實踐終于獲得了本創作。

發明內容

本發明的目的在于提供一種基于離子注入的溝槽式浮動結碳化硅SBD器件及其制造方法，用以克服上述技術缺陷。

為實現上述目的，本發明提供一種基于離子注入的溝槽式浮動結碳化硅SBD器件，其包括金屬、SiO₂隔離介質、溝槽、一次N-外延層、P+離子注入區、二次N^-外延層、N⁺襯底區、歐姆接觸區，其中，

所述溝槽與P+離子注入區上下對齊，形狀相同，或者與非P+離子注入區，上下對齊，形狀相同，溝槽和P+離子注入區為水平分布的條狀的溝槽和浮動結。

進一步，所述溝槽與此溝槽下方的P+離子注入區形狀相同，面積相等，邊緣對齊，或者每個溝槽與此溝槽下方的非P+離子注入區的面積相等，邊緣對齊。

進一步，所述溝槽3的深度為1～3μm，位于金屬1下方，二次N^-外延層的表面。

進一步，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。