[發明專利]階梯型溝槽碳化硅JBS兩級管器件結構及其制造方法

在審

• 申請號: 202010644865.7
• 申請日: 2020-07-07
• 公開（公告）號: CN111668290A
• 公開（公告）日: 2020-09-15
• 發明（設計）人: 陳彥豪
• 申請（專利權）人: 蘇州鳳凰芯電子科技有限公司
• 主分類號: H01L29/06
• 分類號: H01L29/06;H01L29/417;H01L29/47;H01L29/872;H01L21/28;H01L21/04;H01L21/329
• 代理公司: 無錫市大為專利商標事務所(普通合伙) 32104
• 代理人: 曹祖良;涂三民

本發明涉及一種階梯型溝槽碳化硅JBS兩級管器件結構及其制造方法，包括第一導電類型重摻雜襯底、第一導電類型碳化硅外延體區、第二導電類型體區、第二導電類型材料、階梯型溝槽、肖特基金屬與歐姆金屬層；在第一導電類型碳化硅外延體區的上表面開設有階梯型溝槽，每個階梯型溝槽至少具有三級，且在從下往上的方向上，階梯型溝槽的寬度呈逐級增大設置，由肖特基金屬填滿階梯型溝槽并覆蓋第一導電類型碳化硅外延體區的上表面，階梯型溝槽的外部由階梯型第二導電類型體區所包圍。本發明提高了抗突波電流能力，具有更低的器件順向導通電壓，具有更高的器件耐壓，具有更低的漏電電流。

技術領域

本發明屬于第三代寬禁帶半導體材料碳化硅肖特基兩級管技術領域，具體地說是一種階梯型溝槽碳化硅JBS兩級管器件結構及其制造方法。

背景技術

在600V-1500V的高壓大電流應用市場領域，第三代寬禁帶半導體材料領域的碳化硅肖特基兩級管，由于較高的耐壓，較低的順向壓降，以及快速反向恢復時間等電參數特性，已經逐步取代原有第一代半導體硅材料的PiN兩級管。但是第一代平面型碳化硅肖特基SBD兩級管也帶來一些問題，例如肖特基金屬層和碳化硅材料接觸面之間的隧道（tunneling）效應和納米洞（nano pit）缺陷會造成極大的漏電電流，以及較低的抗浪涌能力等困擾；雖然可以利用 JBS （Junction Barrier Schottky）結構設計，來降低器件在反偏電壓時的漏電電流問題，也可以采用本公司之前提出新創的階梯形第二導電類型體區的JBS結構設計，進一步優化調節控制浪涌電流，增強器件的抗浪涌能力。

發明內容

本發明的目的之一是克服現有技術中存在的不足，提供一種順向導通電壓低、器件耐壓高、漏電電流低且抗突波電流能力較好的階梯型溝槽碳化硅JBS兩級管器件結構。

本發明的另一目的是提供一種階梯型溝槽碳化硅JBS兩級管器件結構的制造方法。

按照本發明提供的技術方案，所述階梯型溝槽碳化硅JBS兩級管器件結構，包括第一導電類型重摻雜襯底、第一導電類型碳化硅外延體區、第二導電類型體區、第二導電類型材料、階梯型溝槽、肖特基金屬與歐姆金屬層；

此器件包括一個階梯型溝槽肖特基金屬層區，階梯型溝槽肖特基金屬區位于器件的中心區，階梯型溝槽肖特基金屬區包括半導體基板，半導體基板包括第一導電類型重摻雜碳化硅襯底及位于第一導電類型重摻雜襯底上的第一導電類型碳化硅外延體區，在所述第一導電類型碳化硅外延體區的上表面開設有多個階梯型溝槽，每個階梯型溝槽至少具有三級，且在從下往上的方向上，階梯型溝槽的寬度呈逐級增大設置，由肖特基金屬填滿階梯型溝槽并覆蓋第一導電類型碳化硅外延體區的上表面，由肖特基金屬層作為器件的陽極；

所述階梯型溝槽的外部經由熱離子注入第二導電類型材料所形成的階梯型第二導電類型體區所包圍；所述第一導電類型重摻雜襯底的下表面連接低接觸電阻的歐姆金屬層，由歐姆金屬層作為器件的陰極。

作為優選，所述階梯型溝槽的每一級深度為0.3~1um。

作為優選，在所述第一導電類型碳化硅外延體區上方的肖特基金屬層的厚度為100–1000 ?。

作為優選，所述第一導電類型重摻雜襯底與第一導電類型碳化硅外延體區為N型導電，第二導電類型體區與第二導電類型材料為P型導電。

作為優選，所述歐姆金屬層的材質為Ti/Ni/Ag合金或者Ti/Ni/Al合金。

一種階梯型溝槽碳化硅JBS兩級管器件結構的制造方法包括以下步驟：

步驟一. 提供第一導電類型碳化硅重摻雜襯底，在第一導電類型碳化硅重摻雜襯底的上表面生長第一導電類型碳化硅外延體區，第一導電類型碳化硅外延體區的上表面為第一主面，第一導電類型碳化硅重摻雜襯底的下表面為第二主面；