[發明專利]低導通壓降二極管器件及制備方法

在審

• 申請號: 202010880553.6
• 申請日: 2020-08-27
• 公開（公告）號: CN111969053A
• 公開（公告）日: 2020-11-20
• 發明（設計）人: 李軒;陳致宇;徐曉杰;葉俊杰;鄧小川;張波
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: H01L29/739
• 分類號: H01L29/739;H01L29/10;H01L29/06;H01L21/331
• 代理公司: 成都點睛專利代理事務所(普通合伙) 51232
• 代理人: 敖歡

本發明提供一種低導通壓降二極管器件及其制備方法，包括：鋁離子注入形成P型基區；鋁離子注入形成P+源區；氮離子注入形成N+源區；刻蝕溝槽；柵氧化層熱生長并氮化退火；多晶硅柵淀積與刻蝕；陽極金屬淀積；陰極金屬淀積，短接陽極金屬和多晶硅柵實現二極管的正常工作：反向時，N+源區與P型基區保護柵氧化層避免其過早擊穿，同時保護溝道避免漏致勢壘降低效應造成的大泄漏電流；導通狀態下，溝道區域的低勢壘使器件達到低的開啟電壓。通過引入溝道和利用N+源區與P型基區保護柵氧化層和溝道來實現導通損耗和反向特性的良好折中。在保證器件耐壓和無雙極退化效應的情況下，保持正向特性和開關特性優勢，兼顧溫度特性和浪涌電流能力。

技術領域

本發明屬于功率半導體技術領域，具體是一種低導通壓降二極管器件。

背景技術

碳化硅(Silicon Carbide)材料是第三代寬禁帶半導體材料的代表之一，具有本征載流子濃度低、臨界擊穿場強高、熱導率高、高功率密度、抗輻照等特點，適用于高溫、高頻、大功率等極端環境，是下一代功率功率半導體應用中最具前景的材料之一。

傳統的碳化硅二極管分為結勢壘肖特基二極管和PiN二極管兩種。其中，結勢壘肖特基二極管具有良好的開啟電壓和開關特性，沒有雙極退化效應，適合于高頻工作條件，是新一代主流的低損耗功率器件，在牽引系統、智能電網、電動汽車中擁有廣闊的應用前景。但是，其反向特性強烈依賴于P+區和N+區的寬度占比。當P+區寬度占比小時，器件泄漏電流增大，擊穿電壓急劇降低，且浪涌電流能力差；當P+區寬度占比大時，器件正向特性又會受到嚴重影響。同時，結勢壘肖特基二極管中肖特基界面的溫度特性較差，導致器件的泄漏電流在高溫下急劇增加。

PiN二極管具有良好的溫度特性和浪涌電流能力。碳化硅PiN二極管在反向時利用PN結勢壘阻斷電流，泄漏電流更小。但是其雙極導電模式會導致嚴重的雙極退化效應，在器件中形成堆垛層錯等缺陷，影響器件正向特性，對器件可靠性帶來隱患。同時，由于開啟電壓高于結勢壘肖特基二極管，在一定電流范圍內其正向壓降更大，導致開態損耗的增加。在關斷時，由于少子存儲效應，存在較大的反向恢復電流，增加了開關損耗，限制開關頻率。因此，PiN二極管在一定情況下的總損耗更高，且存在可靠性問題。

發明內容

為了解決以上問題，本發明的目的是提出一種低導通壓降的碳化硅二極管器件及制備方法。由于溝道在反向情況下得到很好的保護，抑制了反向時的漏致勢壘降低效應帶來的大泄漏電流，因此可以將溝道長度縮短，降低勢壘，從而降低正向導通壓降。反向情況下，N+源區和P型基區可以很好保護氧化層，降低峰值電場的同時，防止大電場對柵氧可靠性帶來的影響。由于器件是單極性器件，因此不具有雙極退化效應帶來的可靠性問題，無反向恢復電流，適用于高頻工作。同時，由于沒有使用肖特基接觸，其溫度特性更好。當器件受到浪涌電流應力的作用時，P型基區和N-漂移區的PN結開啟，降低漂移區電阻。由于器件的正向特性取決于溝道注入的載流子濃度，因而可以增加P型基區寬度，增加了正向特性和浪涌電流能力的折中空間。因此，本發明通過引入溝道和利用N+源區與P型基區保護柵氧化層和溝道來實現導通損耗和反向特性的良好折中。在保證器件耐壓和無雙極退化效應的情況下，保持正向特性和開關特性優勢，兼顧溫度特性和浪涌電流能力。

為達到上述目的，本發明采用下述技術方案：