[發(fā)明專利]一種橫向二極管器件

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810962570.7
• 申請(qǐng)日: 2018-08-22
• 公開（公告）號(hào): CN109065635B
• 公開（公告）日: 2021-05-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張金平;鄒華;羅君軼;趙陽;劉競(jìng)秀;李澤宏;張波
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 電子科技大學(xué)
• 主分類號(hào): H01L29/861
• 分類號(hào): H01L29/861;H01L29/06;H01L21/329
• 代理公司: 成都點(diǎn)睛專利代理事務(wù)所(普通合伙) 51232
• 代理人: 葛啟函

一種橫向二極管器件，屬于功率半導(dǎo)體器件技術(shù)領(lǐng)域。其元胞結(jié)構(gòu)包括自下而上依次設(shè)置的襯底電極、N型半導(dǎo)體襯底、介質(zhì)層和N?半導(dǎo)體漂移區(qū)，N?半導(dǎo)體漂移區(qū)頂層一側(cè)設(shè)置P型半導(dǎo)體基區(qū)，另一側(cè)設(shè)置N+半導(dǎo)體漏區(qū)；N+半導(dǎo)體漏區(qū)上表面具有陰極金屬；P型半導(dǎo)體基區(qū)頂層并排設(shè)置P+半導(dǎo)體接觸區(qū)和N+半導(dǎo)體源區(qū)，N+半導(dǎo)體源區(qū)位于靠近N+半導(dǎo)體漏區(qū)的一側(cè)；N+半導(dǎo)體源區(qū)、P型半導(dǎo)體基區(qū)和N?半導(dǎo)體漂移區(qū)的上表面設(shè)置一個(gè)溝槽結(jié)構(gòu)，溝槽結(jié)構(gòu)上具有包括自下而上設(shè)置的介質(zhì)層、多晶硅和陽極金屬的柵極結(jié)構(gòu)；P+半導(dǎo)體接觸區(qū)和N+半導(dǎo)體源區(qū)上表面具有陽極金屬。本發(fā)明具有高正向電流密度、低通態(tài)損耗、高整流效率和高電壓阻斷能力的特點(diǎn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于功率半導(dǎo)體器件技術(shù)領(lǐng)域，具體地說，是涉及一種橫向二極管器件結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)

人類的歷史，就是一部面對(duì)大自然挑戰(zhàn)的歷史。隨著人類工業(yè)革命深度和廣度的不斷擴(kuò)展，人們?cè)谙硎芄I(yè)化成果帶來便利的同時(shí)，也不斷面臨著種種危機(jī)。作為工業(yè)的“血液”，能源資源的可持續(xù)性利用一直以來受到世界各國的重視。而能源資源的日益消耗，也讓人們感受到了“能源危機(jī)”。在尋求新型能源作為化石能源的替代的同時(shí)，人們也在思考如何讓能源的利用率達(dá)到最大化。電能是人類能直接利用的主要能源，而管理著電能的電力系統(tǒng)是人類提高電能使用率的關(guān)鍵途徑。作為電力系統(tǒng)的核心，半導(dǎo)體功率器件至少控制著世界上70％以上的電力能源，故其“電變換”能力及效率的高低，對(duì)能源資源利用率的提升具有重大意義。

功率器件目前仍主要以硅基晶閘管、功率PIN器件、功率雙極結(jié)型器件、肖特基勢(shì)壘二極管、功率MOSFET以及絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)晶體管為主，這些器件在全功率范圍內(nèi)得到了廣泛的應(yīng)用，以其悠久的歷史、成熟的設(shè)計(jì)技術(shù)和工藝技術(shù)占領(lǐng)了功率半導(dǎo)體器件的主導(dǎo)市場(chǎng)。然而，因研究人員對(duì)其機(jī)理研究較為透徹，其性能均已接近硅材料的理論極限，通過對(duì)硅基功率器件的設(shè)計(jì)和優(yōu)化達(dá)到性能上的大幅度提升已經(jīng)困難重重。

碳化硅(SiC)和氮化鎵(GaN)等為代表的寬禁帶半導(dǎo)體材料，以其優(yōu)異的材料特性引起了功率器件開發(fā)人員的廣泛興趣。碳化硅材料是第三代半導(dǎo)體材料的典型代表，也是目前晶體生長(zhǎng)技術(shù)和器件制造水平最成熟、應(yīng)用最廣泛的寬禁帶半導(dǎo)體材料之一。其相比于硅材料具有較大的禁帶寬度，較高的熱導(dǎo)率，較高的電子飽和漂移速度以及10倍于硅材料的臨界擊穿電場(chǎng)，使其在高溫、高頻、大功率、抗輻射應(yīng)用場(chǎng)合下成為十分理想的半導(dǎo)體材料。由于碳化硅功率器件可顯著降低電子設(shè)備的能耗，同時(shí)減小電子設(shè)備的體積，故碳化硅功率器件十分貼合當(dāng)代社會(huì)節(jié)能減排的時(shí)代主題。

在功率器件開發(fā)及應(yīng)用過程中較為常見的橫向碳化硅二極管中，常規(guī)橫向碳化硅PIN二極管盡管電壓阻斷能力較強(qiáng)，但正向?qū)▔航荡?約為3.1V)、雙極導(dǎo)電機(jī)理不可避免地引起反向恢復(fù)特性差等問題，極不利于其在整流中的應(yīng)用；而橫向碳化硅肖特基二極管(SBD)盡管反向恢復(fù)特性極佳，但因其漏電較大，且高溫可靠性較差，這些因素同樣限制了橫向碳化硅肖特基二極管在整流中的應(yīng)用。橫向碳化硅超勢(shì)壘二極管彌補(bǔ)了兩種傳統(tǒng)橫向二極管的不足，具有較低的正向?qū)▔航狄约昂苄〉穆╇娏鳎约拜^高的高溫可靠性。該優(yōu)勢(shì)切合了當(dāng)代社會(huì)發(fā)展節(jié)能減排的主題，故其在功率器件市場(chǎng)上受到了科研人員的廣泛重視。傳統(tǒng)橫向碳化硅超勢(shì)壘二極管元胞結(jié)構(gòu)示意如圖1所示。盡管超勢(shì)壘器件克服了PIN二極管、肖特基二極管的諸多不足，然而作為溝道型器件，傳統(tǒng)橫向超勢(shì)壘二極管具有正向?qū)娏髅芏鹊汀⒎聪蜃钄嗄芰^差等不足之處，限制了傳統(tǒng)橫向碳化硅超勢(shì)壘二極管在整流應(yīng)用中的廣泛使用。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)上述傳統(tǒng)橫向碳化硅超勢(shì)壘二極管存在的正向?qū)娏髅芏鹊汀⒎聪蜃钄嗄芰^差等的問題，本發(fā)明提出一種能提高正向?qū)娏髅芏取⑻嵘妷鹤钄嗄芰Φ臋M向二極管器件及其制作方法。

本發(fā)明的技術(shù)方案為：