[發明專利]一種寬禁帶半導體器件及其制作方法

在審

• 申請號: 201710060381.6
• 申請日: 2017-01-24
• 公開（公告）號: CN106783964A
• 公開（公告）日: 2017-05-31
• 發明（設計）人: 張振中;孫軍;和巍巍;汪之涵;顏劍
• 申請（專利權）人: 深圳基本半導體有限公司
• 主分類號: H01L29/06
• 分類號: H01L29/06;H01L21/336;H01L29/872
• 代理公司: 深圳新創友知識產權代理有限公司44223
• 代理人: 江耀純

技術領域

本發明涉及半導體制造領域，特別涉及一種寬禁帶半導體器件及其制作方法，具體涉及一種肖特基二極管及其制作方法。

背景技術

碳化硅的二極管分為肖特基二極管和PN結二極管。由于PN結二極管開啟電壓高，不利于降低器件的通態損耗，因此目前市場上商品化碳化硅二極管最高電壓到1700V，且都是肖特基二極管。肖特基二極管具有開啟電壓低的特點，但是其缺點是在器件承受耐壓時，隨著反向電壓的增加，由于肖特基受電場的影響，導致反向漏電流急劇增大。為了解決碳化硅肖特基二極管中漏電過高的問題，目前各大公司采用的技術是JBS(junction barrier schottkky)結型勢壘肖特基和MPS(merged PiN schottky)。

JBS和MPS結構中主要使用平面的P型摻雜區形成PN結，在器件承受反向耐壓時，將電場最大點轉移，使其遠離肖特基接觸，從而達到屏蔽電場對表面肖特基的影響，降低器件的反向漏電流。

其中，MPS結構中進一步調整了P型摻雜區比例，使其PN結二極管在一定的正向電壓下可導通，對器件進行電導調制，有利于在大電流時進一步降低整個二極管的正向壓降，更有利于改善二極管的浪涌電流能力。與JBS結構相比，MPS結構更優，目前各大碳化硅二極管公司已逐步采用MPS結構來替代之前的JBS結構。

就MPS結構而言，其結構的正向接觸是由肖特基結部分和PN結部分共同組成。在低電壓下，由肖特基開啟承受正向電流。電流增大，正向壓降增大到PN結開啟電壓值時，PN結部分才導通。發生電流浪涌時，通過PN結部分的開啟來承擔電流。正常使用時，均是由肖特基部分來承擔電流。因此，為了進一步降低二極管導通時的正向壓降，需提高器件中的肖特基部分。而為了提高器件的浪涌能力，需要提高器件中的PN結面積。在芯片面積一定時，這就形成了一定的矛盾關系。

無論JBS還是MPS，均是通過P型摻雜區來轉移電場最大點，降低表面電場，達到降低肖特基反向漏電的目的。為了進一步降低碳化硅肖特基二極管的反向漏電，需要進一步的增大P型摻雜區的摻雜深度。而碳化硅器件中P型摻雜主要通過高能離子注入或多次注入外延來進行，摻雜深度的增加也就意味著工藝難度和成本的增加。

碳化硅器件中P型摻雜主要通過鋁離子的高溫離子注入和高溫退火來實現，在高溫退火后，進行了P型摻雜的碳化硅會發生再結晶，表面粗糙度增加。表面型的JBS和MPS中P型摻雜區造成的碳化硅表面粗糙度增加，會引起相鄰的肖特基接觸的反向漏電流增大。

發明內容

本發明的目的是為了解決現有技術中的肖特基二極管不能在保持肖特基和PN結表面面積不變的情況下增大PN結有效面積的問題，提出一種寬禁帶半導體器件及其制作方法，特別是一種肖特基二極管及其制作方法。

本發明的寬禁帶半導體器件，包括肖特基部分，用于在正常電壓狀態下導通電流；PN結部分，用于在發生電流浪涌時與肖特基部分共同導通電流，其特征在于，所述PN結部分包括至少一個增加有效面積的結構，所述增加有效面積的結構中填充有金屬電極，所述增加有效面積的結構用于在PN結表面面積不變的情況下，增大PN結的實際有效面積，從而使器件具有較大的PN結部分。

優選地，所述肖特基部分與PN結部分之間設置有絕緣介質層，用于形成阻擋層以避免二者接觸。

優選地，所述增加有效面積的結構包括形成于N型外延層中的溝槽，和通過對所述溝槽的底部和側壁注入摻雜形成齒狀P型摻雜區。

優選地，所述PN結部分還包括：N型襯底層，其下表面形成有背面金屬電極；N型外延層，結合于所述N型襯底層上表面；表面P型摻雜區，形成于所述N型外延層的表面；正面金屬電極，填充于所述增加有效面積的結構內，以及形成于所述表面P型摻雜區的表面。

優選地，所述肖特基部分包括：N型襯底層，其下表面形成有背面金屬電極；N型外延層，結合于所述N型襯底層的上表面；肖特基金屬電極，形成于所述N型外延層的表面。

優選地，所述溝槽或齒狀P型摻雜區的俯視圖形狀包括條形、圓形、橢圓形、矩形、三角形以及五邊以上的多邊形中的一種或組合。

優選地，所述溝槽或齒狀P型摻雜區的橫截面形狀包括矩形、三角形以及五邊以上的多邊形中的一種或組合。

優選地，所述絕緣介質層為二氧化硅介質層，或者為包含二氧化硅和氮化硅的復合結構介質層。

優選地，所述正面金屬電極和/或背面金屬電極中的金屬包括鎳、鈦、鋁中的一種或多種。

優選地，所述肖特基金屬電極為鈦；或者鎳；或者鈦、鎳的復合金屬層。