[發(fā)明專利]一種高耐壓的碳化硅肖特基二極管及其制造方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201811197310.1
• 申請(qǐng)日: 2018-10-15
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN109037356A
• 公開(kāi)（公告）日: 2018-12-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 朱袁正;周錦程;楊卓;葉鵬
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 無(wú)錫新潔能股份有限公司
• 主分類號(hào): H01L29/872
• 分類號(hào): H01L29/872;H01L29/06;H01L21/04
• 代理公司: 無(wú)錫市大為專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 32104
• 代理人: 曹祖良

本發(fā)明屬于半導(dǎo)體器件的制造技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種高耐壓的碳化硅肖特基二極管，半導(dǎo)體基板包括N型碳化硅襯底及N型碳化硅外延層，在N型碳化硅外延層內(nèi)的上部設(shè)有若干個(gè)間隔分立的條形第一P型阱區(qū)及條形第一N型阱區(qū)，在條形第一P型阱區(qū)和條形第一N型阱區(qū)下方或下表面設(shè)有若干個(gè)間隔分立的條形第二P型阱區(qū)及條形第二N型阱區(qū)，條形第一P型阱區(qū)分別與條形第二P型阱區(qū)、條形第二N型阱區(qū)間呈30度~90度的夾角；本發(fā)明通過(guò)在條形第一P型阱區(qū)下方設(shè)置與條形第一P型阱區(qū)呈一定夾角的條形第二P型阱區(qū)，同時(shí)提高條形P型阱區(qū)間條形N型阱區(qū)的摻雜濃度，大幅增加器件的擊穿電壓，改善器件的浪涌電流能力。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種二極管及制造方法，尤其是一種高耐壓的碳化硅肖特基二極管及其制造方法，屬于半導(dǎo)體器件的制造技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

功率器件及其模塊為實(shí)現(xiàn)多種形式電能之間轉(zhuǎn)換提供了有效的途徑，在國(guó)防建設(shè)、交通運(yùn)輸、工業(yè)生產(chǎn)、醫(yī)療衛(wèi)生等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。自上世紀(jì)50年代第一款功率器件應(yīng)用以來(lái)，每一代功率器件的推出，都使得能源更為高效地轉(zhuǎn)換和使用。

傳統(tǒng)功率器件及模塊由硅基功率器件主導(dǎo)，主要以晶閘管、功率二極管、功率三極管、功率MOSFET以及絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)晶體管等器件為主，在全功率范圍內(nèi)均得到了廣泛的應(yīng)用，以其悠久歷史、十分成熟的設(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，隨著功率半導(dǎo)體技術(shù)發(fā)展的日漸成熟，硅基功率器件其特性已逐漸逼近其理論極限。為了進(jìn)一步提高功率器件的功率控制能力及能效，SiC、GaN等第三代寬禁帶功率半導(dǎo)體應(yīng)運(yùn)而生，目前SiC、GaN寬禁帶功率半導(dǎo)體性能、可靠性已得到廣泛認(rèn)可，是未來(lái)功率器件最主要的發(fā)展方向。

碳化硅(SiC)相比傳統(tǒng)的硅材料具有禁帶寬度大、擊穿場(chǎng)強(qiáng)高、熱導(dǎo)率高等優(yōu)勢(shì)。禁帶寬度大使碳化硅的器件臨界擊穿電場(chǎng)大幅提升，可以大幅提升器件的耐壓效率，并且可以降低器件導(dǎo)通時(shí)的電阻；高熱導(dǎo)率可以大大提高器件可以工作的最高工作溫度；并且在眾多高功率應(yīng)用場(chǎng)合，比如：高速鐵路、混合動(dòng)力汽車、 智能高壓直流輸電等領(lǐng)域，碳化硅基器件均被賦予了很高的期望。同時(shí)，碳化硅功率器件能夠有效降低功率損耗，故此被譽(yù)為帶動(dòng)“新能源革命”的“綠色能源”器件。

目前，碳化硅功率器件主要包括二極管和MOSFET。對(duì)于碳化硅二極管，擊穿電壓、正向?qū)▔航怠⒔Y(jié)電容電荷和浪涌電流能力是其最主要電學(xué)參數(shù)。目前碳化硅二極管大多數(shù)采用結(jié)勢(shì)壘肖特基二極管（JBS），如圖1所示為典型的碳化硅JBS結(jié)構(gòu)，在器件正常耐壓時(shí)，P型阱區(qū)與N型外延層形成的PN結(jié)分散了肖特基勢(shì)壘附近的電場(chǎng)，使得肖特基勢(shì)壘難以擊穿，但是PN結(jié)的存在減小了器件的電流導(dǎo)通面積，增大了器件的正向?qū)▔航?。如果采用間距較大的P阱，則導(dǎo)致器件的耐壓效率進(jìn)一步降低，無(wú)法實(shí)現(xiàn)高耐壓的SiC器件。

故而，亟需一種能夠同時(shí)提高SiC二極管耐壓、降低器件正向?qū)▔航档慕Y(jié)構(gòu)，以克服現(xiàn)有技術(shù)所存在的不足。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，提出了一種高耐壓的碳化硅肖特基二極管及其制造方法，通過(guò)在條形第一P型阱區(qū)下方設(shè)置與條形第一P型阱區(qū)呈30度~90度夾角的條形第二P型阱區(qū)，同時(shí)提高條形P型阱區(qū)間條形N型阱區(qū)的摻雜濃度，。

為實(shí)現(xiàn)以上技術(shù)目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種高耐壓的碳化硅肖特基二極管，包括半導(dǎo)體基板，所述半導(dǎo)體基板包括N型碳化硅襯底及位于N型碳化硅襯底上的N型碳化硅外延層，其特征在于，在所述N型碳化硅外延層內(nèi)的上部設(shè)有若干個(gè)間隔分立的條形第一P型阱區(qū)及位于相鄰條形第一P型阱區(qū)間的條形第一N型阱區(qū)，在所述條形第一P型阱區(qū)和條形第一N型阱區(qū)下方或下表面設(shè)有若干個(gè)間隔分立的條形第二P型阱區(qū)及位于相鄰條形第二P型阱區(qū)間的條形第二N型阱區(qū)，所述條形第一P型阱區(qū)分別與條形第二P型阱區(qū)、條形第二N型阱區(qū)間呈30度~90度的夾角。