[發明專利]一種新型碳化硅小角度傾斜臺面終端結構及其制備方法

在審

• 申請號: 201711274880.1
• 申請日: 2017-12-06
• 公開（公告）號: CN107910360A
• 公開（公告）日: 2018-04-13
• 發明（設計）人: 李良輝;李俊燾;徐星亮;李志強;周坤;張林;代剛
• 申請（專利權）人: 中國工程物理研究院電子工程研究所
• 主分類號: H01L29/06
• 分類號: H01L29/06;H01L29/16
• 代理公司: 成都天嘉專利事務所(普通合伙)51211
• 代理人: 蔣斯琪

技術領域

本發明涉及一種可應用于碳化硅大尺寸高壓器件的新型碳化硅小角度傾斜臺面終端結構及其制備方法，屬于半導體電力電子器件技術領域。

背景技術

以碳化硅（SiC）材料為代表的寬禁帶半導體材料是近年來在國內外都廣受重視和被重點發展的新型第三代半導體材料，具有禁帶寬度大、電子飽和漂移速度高、臨界擊穿場強大、抗輻照及高工作溫度等特點，目前SiC材料的外延生長技術在寬禁帶半導體材料中是相對發展較為成熟的，其非常適合用來制備各類性能優良的功率電子器件。

作為寬禁帶半導體的SiC材料與傳統的硅材料相比，由于SiC的擊穿場強是Si的幾乎十倍，這意味著制備相同電壓等級的功率器件，采用SiC材料的器件其承受電壓的漂移層厚度將遠小于Si基器件，這一方面可以大幅縮減器件的重量體積，另一方面也將顯著改善器件的正向導通電阻，從而顯著降低器件的功率損耗。除去體積與功耗的改進以外，SiC材料制備的器件能在更高的溫度下工作并且熱導率也更高，這將顯著降低器件對散熱系統的要求，從而進一步降低系統整體的體積與重量。除此之外，SiC材料的抗輻照能力也比Si材料更強，其嚴酷環境適應性更為優良。

正是由于SiC材料相對于Si材料的諸多顯著優勢，又由于近年來SiC材料外延技術也不斷走向成熟，四英寸的SiC外延片已經商用，因而基于SiC材料的各類型功率器件也相繼的被開發出來。諸多類型的SiC功率器件在科研及產業領域都是關注的熱點，目前已有報道的基于SiC材料的功率器件包括：整流器件的PIN、SBD以及JBS；開關器件的MOSFET、JFET、BJT、IGBT以及GTO。其中SiC肖特基二極管（SBD）已經在光伏發電領域被用來和硅基IGBT組成混合功率模塊而得到了廣泛應用。目前基于SiC材料的功率開關器件的研發一直是學術及產業熱點。其中碳化硅的晶閘管（Thyristor）器件在超大功率的開關應用場景中，例如高壓直流輸電（HVDC）、超大電流電解、脈沖功率應用中，以其耐壓高、正向導通壓降小、通態功耗低而相較于其他類型功率開關器件具有較大優勢，目前對碳化硅晶閘管的研究大多集中在門極可關斷晶閘管GTO（Gate Turn-Off Thyristor）器件上。

和其他的高壓器件對終端結構有著嚴苛的要求類似，對于門極可關斷晶閘管器件GTO來說，一個可靠的終端結構（termination）設計與實現是GTO器件能夠獲得較高的阻斷電壓的關鍵，而這一終端結構的要求對于基于SiC半導體材料的GTO器件來說實現起來卻并不容易，這是因為一方面SiC半導體的臨界擊穿場強遠遠高于常規的Si基或GaAs基半導體，另一方面SiC的器件加工工藝技術卻遠遠落后于Si基器件的工藝技術，許多在Si基功率器件制備過程中較為成熟的終端結構目前還無法在SiC半導體材料中實現。例如：常用的保護環和結終端擴展（JTE）結構都依賴于有效的離子注入或擴散技術，而目前擴散摻雜方法還無法在SiC半導體中實現；離子注入摻雜雖然已經在SiC器件工藝中得到應用，但其離子注入過程需要在高溫條件下進行，且后續還需要極高溫度的后退火處理進行雜質的激活，工藝的成熟度遠遠不及Si材料。