[發明專利]4H-SiC浮結結勢壘肖特基二極管及其制備方法

在審

• 申請號: 201410333652.7
• 申請日: 2014-07-14
• 公開（公告）號: CN105280723A
• 公開（公告）日: 2016-01-27
• 發明（設計）人: 曹琳
• 申請（專利權）人: 西安永電電氣有限責任公司
• 主分類號: H01L29/872
• 分類號: H01L29/872;H01L29/06;H01L21/329
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 常亮

技術領域

本發明涉及半導體電力電子器件技術領域，特別是涉及一種4H-SiC浮結結勢壘肖特基二極管及其制備方法。

背景技術

SiC肖特基勢壘二極管作為寬禁帶半導體電力電子器件首先在電力電子技術領域替代Si器件。SiC肖特基勢壘二極管在電力電子方面的最大優勢在于幾乎理想的反向恢復特性。目前，商品化的SiC肖特基勢壘二極管已經應用在高頻開關電源、功率因數校正及電機驅動等領域。與當前最好的功率MOSFET結合使用時，開關頻率可以達到400kHz，并有望實現高于1MHz。許多公司在其IGBT變頻或逆變裝置中使用SiC肖特基勢壘二極管取代Si快恢復二極管，其總體效益遠遠超過SiC與Si器件之間的價格差異而造成的成本增加。

然而，雖然目前SiC-SBD的研究已經取得了非常矚目的成果，但其性能離SiC材料本身的極限還有較大距離。近幾年，利用物理氣相傳輸法(PVT)生長的SiC晶體和化學氣相沉積法(CVD)生長的SiC薄膜取得了驚人的進步，但晶體中仍含有大量的微管、位錯和層錯等缺陷，這些缺陷嚴重阻礙了SiC高壓功率器件的性能。同時，從商業化角度看，雖然SiC功率器件市場很大，但SiC能否成功打入功率器件市場，最終還是取決于它的性價比。目前雖已實現了6英寸4H-SiC襯底制備，但擴徑工藝的開發經歷了較長時間。因此，在短期內無法通過提高晶體質量及增大SiC襯底尺寸來降低成本時，只有通過改善器件結構，優化結構參數等方面的研究來縮短材料和器件的研制周期，提高成品率及減小芯片面積才是目前降低SiC功率器件價格的正確方向。

大量Si基器件研究表明，采用新結構可以有效的提高半導體功率器件的性能。2000年，我國電子科技大學陳星弼教授最先提出在功率器件耐壓層中引入反型島(Opposite-dopedisland)結構來解決功率器件導通電阻與擊穿電壓之間的關系，通過對導通電阻及擊穿電壓解析，得到了兩者理論計算值。SiC浮結結構功率器件的研究集中在東芝公司。2006年，T.Hatakeyama在其發表的文章《OptimizationofaSiCSuper-SBDBasedonScalingPropertiesofPowerDevices》中利用標度理論對器件結構進行了優化，并與東芝公司合作制備了4H-SiC浮結肖特基勢壘二極管，得到了當時Baliga品質因數(BFOM)最大值。此人在2007年報道中通過優化結構參數及比較終端結構，獲得2.57mΩ.cm²的通態比電阻和2.7KV的阻斷電壓，品質因數達到11354MW/cm²，接近于4H-SiC單極器件理論極限。

然而，由浮結結構工作原理可知，優化后的4H-SiC浮結肖特基勢壘二極管反向電壓時，耗盡區由肖特基接觸擴展到浮結后，類似于保護環原理，上半漂移區穿通，電壓只在下半漂移區增加。此時，肖特基接觸處電場強度很大，接近于臨界擊穿電場。較大的電場強度使得勢壘降低非常明顯，反向漏電流很大。同時，浮結層采用離子注入完成，大能量及劑量的高溫離子會對SiC晶體造成損傷，雖然高溫退火會修復晶格損傷，但必然會對器件特性產生影響，特別是反向漏電流。

因此，針對上述技術問題，有必要提供一種4H-SiC浮結結勢壘肖特基二極管及其制備方法。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的在于提供一種4H-SiC浮結結勢壘肖特基二極管及其制備方法，該器件結構及工藝流程滿足浮結結構改善擊穿電壓與通態比電阻的同時，反向漏電流降低明顯，有效的提升了器件性能。

為了實現上述目的，本發明實施例提供的技術方案如下：

一種4H-SiC浮結結勢壘肖特基二極管的制備方法，所述方法包括以下步驟：

S1、提供4H-SiC襯底；

S2、采用低壓熱壁化學氣相淀積法在襯底上生長第一4H-SiC外延層；

S3、沉積一定厚度SiO₂掩膜并光刻出刻蝕窗口，并按照刻蝕窗口對第一4H-SiC外延層進行刻蝕，形成浮結區域；

S4、采用低壓熱壁化學氣相淀積法進行4H-SiC同質外延生長，在浮結區域內形成浮結層；

S5、采用化學機械拋光法將浮結區域外同質外延生長的4H-SiC和SiO₂掩膜去除；

S6、采用低壓熱壁化學氣相淀積法在第一4H-SiC外延層和浮結層上生長第二4H-SiC外延層；

S7、在第二4H-SiC外延層上采用離子注入形成結勢壘區、結終端擴展及場限環；