[發(fā)明專(zhuān)利]一種SiC肖特基二極管三階斜臺(tái)面結(jié)終端結(jié)構(gòu)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010092906.6
• 申請(qǐng)日: 2020-02-14
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN111180528B
• 公開(kāi)（公告）日: 2023-06-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳偉中;秦海峰;許峰;黃義;賀利軍;張紅升
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 重慶郵電大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): H01L29/872
• 分類(lèi)號(hào): H01L29/872;H01L29/40
• 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

1.一種SiC肖特基二極管三階斜臺(tái)面結(jié)終端結(jié)構(gòu)，其特征在于：包括

元胞結(jié)構(gòu)：包括陽(yáng)極肖特基金屬Ni接觸區(qū)(1)、N-低濃度外延層(4)、N+高濃度襯底層(5)、陰極金屬Ni接觸區(qū)(6)；所述陽(yáng)極肖特基金屬Ni接觸區(qū)(1)位于N-低濃度外延層(4)上表面；所述N-低濃度外延層(4)位于陽(yáng)極肖特基金屬Ni接觸區(qū)(1)下表面與N+高濃度襯底層(5)上表面，且N-低濃度外延層(4)摻入n型雜質(zhì)濃度為3×10¹⁵cm^-3；所述N+高濃度襯底層(5)介于N-低濃度外延層(4)下表面與陰極金屬Ni接觸區(qū)(6)上表面，且N+高濃度襯底層(5)摻入n型雜質(zhì)濃度為3×10¹⁸cm^-3；所述陰極金屬Ni接觸區(qū)(6)位于N+高濃度襯底層(5)下表面；

終端結(jié)構(gòu)：包括三階斜臺(tái)面金屬Ni場(chǎng)板(7)、氮化層Si₃N₄(2)、氧化層SiO₂(3)、N-低濃度外延層(4)、N+高濃度襯底層(5)、陰極金屬Ni接觸區(qū)(6)；所述三階斜臺(tái)面金屬Ni場(chǎng)板(7)位于氮化層Si₃N₄(2)和氧化層SiO₂(3)上表面；第一層氮化層Si₃N₄(2)位于三階斜臺(tái)面金屬Ni場(chǎng)板(7)下表面和氧化層SiO₂(3)上表面；所述氧化層SiO₂(3)介于第一層氮化層Si₃N₄(2)下表面與第二層氮化層Si₃N₄(2)上表面；所述第二層氮化層Si₃N₄(2)位于氧化層SiO₂(3)下表面和N-低濃度外延層(4)上表面；所述N-低濃度外延層(4)介于第二層氮化層Si₃N₄(2)下表面與N+高濃度襯底層(5)上表面N-低濃度外延層(4)，且N-低濃度外延層(4)摻入n型雜質(zhì)濃度為3×10¹⁵cm^-3；所述N+高濃度襯底層(5)介于N-低濃度外延層(4)下表面與陰極金屬Ni接觸區(qū)(6)上表面，且N+高濃度襯底層(5)摻入n型雜質(zhì)濃度為3×10¹⁸cm^-3；所述陰極金屬Ni接觸區(qū)(6)位于N+高濃度襯底層(5)下表面；

所述元胞結(jié)構(gòu)和終端結(jié)構(gòu)中，N-低濃度外延層(4)摻入n型雜質(zhì)濃度為3×10¹⁵cm^-3；N+高濃度襯底層(5)摻入n型雜質(zhì)濃度為3×10¹⁸cm^-3；

所述元胞結(jié)構(gòu)和終端結(jié)構(gòu)存在如下幾種情況：

①、N-低濃度外延層(4)完全覆蓋在N+高濃度襯底層(5)上表面；第一層氮化層Si₃N₄(2)位于N-低濃度外延層(4)右上表面和氧化層SiO₂(3)下表面，其形狀為直角梯形；氧化層SiO₂(3)位于第一層氮化層Si₃N₄(2)右上表面和第二層氮化層Si₃N₄(2)下表面，其形狀為直角梯形；第二層氮化層Si₃N₄(2)位于N-低濃度外延層(4)右上表面，其形狀為直角梯形；陽(yáng)極肖特基金屬Ni接觸區(qū)(1)位于N-低濃度外延層(4)左上表面；斜臺(tái)面金屬Ni場(chǎng)板(7)為三階斜臺(tái)面，其與陽(yáng)極肖特基金屬Ni接觸區(qū)(1)短接在一起，并覆蓋于第一層氮化層Si₃N₄(2)、第二層氮化層Si₃N₄(2)和氧化層SiO₂(3)的上表面；

該種情況的工藝如下：選取N+型100晶向區(qū)熔單晶襯底，外延生長(zhǎng)N-漂移區(qū)；其次，利用化學(xué)氣相沉積CVD在外延層的表面上一層Si₃N₄，再利用化學(xué)氣相沉積CVD在Si₃N₄上表面沉積一層SiO₂，以及在SiO₂的上表面沉積一層Si₃N₄，其形狀為三明治結(jié)構(gòu)；接下來(lái)使用化學(xué)刻蝕法將SiO₂和Si₃N₄介質(zhì)層刻蝕成多階斜臺(tái)面狀；最后，在高真空爐內(nèi)電子束蒸發(fā)金屬Ni，形成良好的歐姆接觸；涂膠光刻形成肖特基接觸區(qū)域和多階斜臺(tái)階金屬場(chǎng)板區(qū)，淀積100nm厚的金屬Ni；

②、N-低濃度外延層(4)完全覆蓋在N+高濃度襯底層(5)上表面；第一層氮化層Si₃N₄(2)位于N-低濃度外延層(4)右上表面和氧化層SiO₂(3)下表面，其形狀為直角梯形；氮化層Si₃N₄(2)位于第一層氧化層SiO₂(3)右上表面和第二層氧化層SiO₂(3)下表面，其形狀為直角梯形；第二層氧化層SiO₂(3)位于N-低濃度外延層(4)右上表面，其形狀為直角梯形；陽(yáng)極肖特基金屬Ni接觸區(qū)(1)位于N-低濃度外延層(4)左上表面；斜臺(tái)面金屬Ni場(chǎng)板(7)為三階斜臺(tái)面，其與陽(yáng)極肖特基金屬Ni接觸區(qū)(1)短接在一起，并覆蓋于第一層氧化層SiO₂(3)、第二層氧化層SiO₂(3)和氮化層Si₃N₄(2)的上表面；

③、還包括完全相同的三個(gè)處于并排位置的高濃度摻雜P+區(qū)(8)，其上表面與N-低濃度外延層(4)上表面平齊，元高濃度摻雜P+區(qū)其余表面完全處于N-低濃度外延層(4)的包圍之中；還包括JTE區(qū)(9)，其上表面與N-低濃度外延層(4)上表面平齊，JTE區(qū)(9)其余表面完全處于N-低濃度外延層(4)的包圍之中；第一層氮化層Si₃N₄(2)位于N-低濃度外延層(4)右上表面和氧化層SiO₂(3)下表面，其形狀為直角梯形；氧化層SiO₂(3)位于第一層氮化層Si₃N₄(2)右上表面和第二層氮化層Si₃N₄(2)下表面，其形狀為直角梯形；第二層氮化層Si₃N₄(2)位于N-低濃度外延層(4)右上表面，其形狀為直角梯形；特基金屬Ni接觸區(qū)(1)位于N-低濃度外延層(4)左上表面；斜臺(tái)面金屬Ni場(chǎng)板(7)為三階斜臺(tái)面，其與陽(yáng)極肖特基金屬Ni接觸區(qū)(1)短接在一起，并覆蓋于第一層氮化層Si₃N₄(2)、第二層氮化層Si₃N₄(2)和氧化層SiO₂(3)的上表面；

④、還包括一種SiC絕緣柵雙極型晶體管IGBT三階斜臺(tái)面場(chǎng)板結(jié)終端結(jié)構(gòu)，包括柵極接觸區(qū)、發(fā)射極接觸區(qū)、斜臺(tái)面金屬Ni場(chǎng)板、N型集電極接觸區(qū)、發(fā)射極、元胞區(qū)P型阱、過(guò)渡區(qū)P型阱、第一場(chǎng)限環(huán)、第二場(chǎng)限環(huán)、場(chǎng)氮化層、N型集電極、N型緩沖層、P型集電極、N型漂移區(qū)、場(chǎng)氧化層、柵氧化層、P型集電極接觸區(qū)；P型集電極完全覆蓋于P型集電極接觸區(qū)上表面；N型緩沖層完全覆蓋在P型集電極上界面；N型漂移區(qū)完全覆蓋于整個(gè)N型緩沖層上表面；完全相同的兩個(gè)處于并排位置的元胞區(qū)P型阱上表面與N型漂移區(qū)上表面平齊，元胞區(qū)P型阱其余表面完全處于N型漂移區(qū)的包圍之中；過(guò)渡區(qū)P型阱上表面與N型漂移區(qū)上表面平齊，過(guò)渡區(qū)P型阱其余表面完全處于N型漂移區(qū)的包圍之中；第一場(chǎng)限環(huán)上表面與N型漂移區(qū)上表面平齊，第一場(chǎng)限環(huán)其余表面完全處于N型漂移區(qū)的包圍之中；第二場(chǎng)限環(huán)上表面與N型漂移區(qū)上表面平齊，第二場(chǎng)限環(huán)上其余表面完全處于N型漂移區(qū)的包圍之中；N型集電極上表面與N型漂移區(qū)上表面平齊，N型集電極其余表面完全處于N型漂移區(qū)的包圍之中；發(fā)射極為處于完全相同的三個(gè)并排位置的元胞區(qū)P型阱中摻雜碳化硅，上表面與元胞區(qū)P型阱平齊，其余表面被元胞區(qū)P型阱緊密包圍；發(fā)射極上表面部分被柵氧化層所覆蓋，另一部分被發(fā)射極接觸區(qū)所覆蓋；N型集電極上表面中間部分被N型集電極接觸區(qū)所覆蓋，N型集電極上表面右邊被場(chǎng)氧化層所覆蓋；柵氧化層部分覆蓋于N型漂移區(qū)上表面，其余部分分別覆蓋于發(fā)射極上表面，元胞區(qū)P型阱或過(guò)渡區(qū)P型阱上表面；場(chǎng)氧化層覆蓋過(guò)渡區(qū)P型阱右端上表面、N型漂移區(qū)、第一場(chǎng)限環(huán)、第二場(chǎng)限環(huán)、第三場(chǎng)限環(huán)的部分上表面，以及N型集電極的上表面的兩邊；柵極接觸區(qū)處于柵氧化層之上，與發(fā)射極接觸區(qū)、N型漂移區(qū)、元胞區(qū)P型阱或過(guò)渡區(qū)P型阱、發(fā)射極做介質(zhì)隔離；發(fā)射極接觸區(qū)左右兩側(cè)與柵氧化層或場(chǎng)氧化層緊鄰，覆蓋于發(fā)射極、元胞區(qū)P型阱或過(guò)渡區(qū)P型阱的上表面；三個(gè)完全相同的并排的斜臺(tái)面金屬Ni場(chǎng)板分別覆蓋于第一場(chǎng)限環(huán)、第二場(chǎng)限環(huán)的上表面，金屬場(chǎng)板的其余部分表面與場(chǎng)氧化層接觸，與N型漂移區(qū)不直接接觸。