[發(fā)明專(zhuān)利]具有浮動(dòng)結(jié)的溝槽型碳化硅SBD器件及其制造方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810229695.9
• 申請(qǐng)日: 2018-03-20
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN108336152A
• 公開(kāi)（公告）日: 2018-07-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳顯平;張小辛;李輝;羅厚彩;檀春健;王少剛;王黎明
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 重慶大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): H01L29/872
• 分類(lèi)號(hào): H01L29/872;H01L21/04
• 代理公司: 北京同恒源知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11275
• 代理人: 趙榮之

本發(fā)明涉及一種具有浮動(dòng)結(jié)的溝槽型碳化硅SBD器件及其制造方法，屬于半導(dǎo)體器件技術(shù)領(lǐng)域，包含碳化硅襯底(101)、第一外延層(201)、P型離子注入?yún)^(qū)(203)、第二外延層(301)、溝槽結(jié)構(gòu)(302)、終端區(qū)絕緣介質(zhì)隔離層(401)，肖特基金屬層(501)及金屬電極(502)；所述碳化硅襯底(101)、第一外延層(201)、第二外延層(301)和肖特基金屬層(501)自下而上依次層疊設(shè)置，所述P型離子注入?yún)^(qū)(203)呈一定間隔嵌入在第一外延層(201)的上表面，所述P型離子注入?yún)^(qū)(203)與第一外延層(201)的上表面齊平且與所述第二外延層(301)的下表面接觸。本發(fā)明具有在不影響器件導(dǎo)通電流的情況下，最大程度地提高現(xiàn)有肖特基勢(shì)壘二極管結(jié)構(gòu)的反向擊穿電壓的優(yōu)點(diǎn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于半導(dǎo)體器件技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種具有浮動(dòng)結(jié)的溝槽型碳化硅SBD器件及其制造方法。

背景技術(shù)

雙極型器件由于具有少數(shù)載流子的電導(dǎo)率調(diào)制作用而使其具有較低的導(dǎo)通電阻，但是同樣由于其結(jié)構(gòu)內(nèi)過(guò)剩載流子的存在，而導(dǎo)致這種器件具有較低的開(kāi)關(guān)頻率和較高的開(kāi)關(guān)損耗，限制了雙極型器件在高開(kāi)關(guān)頻率場(chǎng)合的應(yīng)用。然而，單極型器件由于其結(jié)構(gòu)內(nèi)部沒(méi)有少數(shù)載流子進(jìn)行電導(dǎo)率的調(diào)制，其開(kāi)關(guān)頻率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于雙極型器件，在高開(kāi)關(guān)頻率電路中有著廣泛的應(yīng)用。

對(duì)硅材料而言，由于其較低的禁帶寬度和熱導(dǎo)率，適用于較低壓電路系統(tǒng)。碳化硅材料因其禁帶寬度更大(約是Si的3倍)，臨界擊穿電場(chǎng)更強(qiáng)(約是Si的10倍)，熱導(dǎo)率更高(約是Si的3倍)等優(yōu)勢(shì)在功率電子領(lǐng)域具有更大的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。使用碳化硅材料制作的器件，其漏電流要比硅的小幾個(gè)數(shù)量級(jí)，因此碳化硅器件可以在500℃以上的高溫環(huán)境中工作，并具有良好的抗輻射能力。由于碳化硅材料比硅有更大的禁帶寬度，使得碳化硅器件在同樣的耐壓前提下，器件的漂移區(qū)長(zhǎng)度對(duì)硅更小，大幅降低了器件的導(dǎo)通電阻。碳化硅材料更大的熱導(dǎo)率也使得器件的散熱性更好，即使在高溫環(huán)境下工作，也無(wú)需額外的散熱裝置，大大縮小了系統(tǒng)的體積和成本。因此，碳化硅材料是制造高溫、大功率、高電壓、低功耗電子器件的理想材料，在電力電子中有著廣闊的應(yīng)用情景。

碳化硅材料通常使用外延技術(shù)生長(zhǎng)，由于材料的特殊性，目前碳化硅材料的生長(zhǎng)技術(shù)還遠(yuǎn)不及硅材料成熟，且在生長(zhǎng)得到的碳化硅材料都比較薄，厚的碳化硅材料由于技術(shù)的原因通常存在較多的缺陷，嚴(yán)重影響了器件的性能。在器件中引入浮動(dòng)結(jié)結(jié)構(gòu)可以在同一摻雜濃度及厚度的條件下將器件的耐壓提高近一倍左右，是解決以上問(wèn)題的關(guān)鍵，在近幾年的功率器件領(lǐng)域得到了廣泛的關(guān)注。

浮動(dòng)結(jié)碳化硅肖特基二極管兼具了傳統(tǒng)肖特基二極管低壓降、大電流特性的同時(shí)，比傳統(tǒng)肖特基二極管具有更高的反向擊穿電壓。關(guān)注到，申請(qǐng)?zhí)枮椤?01410166386.3”專(zhuān)利提出的“基于外延工藝的溝槽式浮動(dòng)結(jié)碳化硅SBD器件及其制造方法”中，雖然該結(jié)構(gòu)也采用了浮動(dòng)結(jié)+溝槽結(jié)構(gòu)的SBD器件，但是其設(shè)計(jì)缺陷是明顯的。該發(fā)明在浮島上方采用金屬填充溝槽，雖然起到增大電極接觸面積的作用，但是由于浮島的存在，限制了電流的通路面積，因此這種設(shè)計(jì)并不能增加器件的導(dǎo)通電流。同時(shí)，使用金屬填充溝槽時(shí)，溝槽內(nèi)的金屬與碳化硅材料僅形成肖特基接觸，肖特基勢(shì)壘與溝槽上表面的金屬與碳化硅材料形成的肖特基勢(shì)壘性質(zhì)相同，這相當(dāng)于減小了碳化硅材料的漂移層厚度，從而降低了器件的反向耐壓。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種具有浮動(dòng)結(jié)的溝槽型碳化硅SBD器件及其制造方法，以解決在不影響器件導(dǎo)通電流的情況下，最大程度地提高現(xiàn)有肖特基勢(shì)壘二極管結(jié)構(gòu)的反向擊穿電壓。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

具有浮動(dòng)結(jié)的溝槽型碳化硅SBD器件，該器件包含碳化硅襯底101、第一外延層201、P型離子注入?yún)^(qū)203、第二外延層301、溝槽結(jié)構(gòu)302、終端區(qū)絕緣介質(zhì)隔離層401，肖特基金屬層501及金屬電極502；