[發明專利]一種大電流SiC肖特基功率二極管及其制備方法

在審

• 申請號: 202111007254.2
• 申請日: 2021-08-30
• 公開（公告）號: CN113823699A
• 公開（公告）日: 2021-12-21
• 發明（設計）人: 李鑫
• 申請（專利權）人: 瑤芯微電子科技（上海）有限公司
• 主分類號: H01L29/872
• 分類號: H01L29/872;H01L29/06;H01L29/47;H01L21/04;H01L21/329
• 代理公司: 西安嘉思特知識產權代理事務所(普通合伙) 61230
• 代理人: 劉長春

本發明公開了一種大電流SiC肖特基功率二極管，包括襯底、隔離層以及外延層；外延層的第一區域中部刻有陰極凹槽，一端刻有倒梯形開口，第二區域以及陰極凹槽表面有N+注入區；陰極凹槽兩側的外延層有兩個P+注入區，一個覆蓋第一鈍化層，另一個部分覆蓋第二鈍化層，部分覆蓋陽極歐姆接觸金屬層；還包括：陰極歐姆接觸金屬層，覆蓋在N+注入區的正上方且填滿陰極凹槽；陽極肖特基金屬層，堆疊在第一區域的最上方且堆滿倒梯形開口，與陽極歐姆接觸金屬層和二個P+注入區一起形成PIN結構；陰極歐姆接觸金屬層和陽極肖特基金屬層之間有中間介質。本發明提升了高工作電壓下的4H?SiC肖特基功率二極管的性能和良率。

技術領域

本發明屬于半導體技術領域，具體涉及一種大電流SiC肖特基功率二極管及其制備方法。

背景技術

SiC(碳化硅)常見的晶體類型有3C、4H以及6H等。其中，4H-SiC因其質量好、價格低的特點，是制造電力電子功率器件的不二之選。

4H-SiC肖特基功率二極管適用于整流、逆變等功率系統中，是目前電動汽車、工業控制、高鐵等新型產業能源轉換系統中不可或缺的新型功率元器件之一。隨著功率容量的不斷提升，4H-SiC肖特基功率二極管的工作電壓和工作電流也要隨之進一步提升。

現有的4H-SiC功率肖特基功率二極管中，為了實現較高的工作電壓(大于3000V)，大多是通過加厚其外延層來實現的，3000V以上的工作電壓需要外延層的厚度在30μm以上。然而，當外延層的厚度大于20μm時，SiC外延工藝將使得4H-SiC肖特基功率二極管的性能和良率大幅下降，給高電壓、大電流(超過工作電流的12倍)的功率肖特基功率二極管的產品化造成不便。因此，如何提升高工作電壓下的4H-SiC肖特基功率二極管的性能和良率，是一個亟待解決的技術問題。

發明內容

為了解決現有技術中所存在的上述問題，本發明提供了一種大電流SiC肖特基功率二極管。

本發明要解決的技術問題通過以下技術方案實現：

一種大電流SiC肖特基功率二極管，包括：

N型4H-SiC襯底；

P型4H-SiC隔離層，覆蓋在所述N型4H-SiC襯底上方；

N型4H-SiC外延層，覆蓋在所述P型4H-SiC隔離層上方；所述N型4H-SiC外延層的厚度為2μm～4μm；

其中，所述N型4H-SiC外延層沿z方向分為兩個區域，其中第一區域沿x方向的中部刻有陰極凹槽，且沿x方向的一端刻掉上角形成倒梯形開口，第二區域以及所述陰極凹槽均從表面注入氮元素形成連續的N+注入區；沿x方向在所述陰極凹槽兩側的N型4H-SiC外延層的部分表面注入鋁元素形成兩個P+注入區，其中第一個P+注入區上方覆蓋第一鈍化層，第二個P+注入區上方靠近所述陰極凹槽的部分覆蓋第二鈍化層，其余部分覆蓋陽極歐姆接觸金屬層；所述第一個P+注入區位于所述倒梯形開口和所述陰極凹槽之間；所述P+注入區和所述N+注入區不相接；

所述SiC肖特基功率二極管還包括：陰極歐姆接觸金屬層、陽極肖特基金屬層以及該兩者之間的中間介質；

其中，所述陰極歐姆接觸金屬層，覆蓋在所述N+注入區的正上方，且填滿所述陰極凹槽；所述第一鈍化層、所述第二鈍化層均和所述陰極凹槽正上方突出的陰極歐姆接觸金屬層水平相接；

所述陽極肖特基金屬層，堆疊在所述第一區域的最上方，且堆滿所述倒梯形開口，所述陽極肖特基金屬層并與所述陽極歐姆接觸金屬層電連接，以和所述陽極歐姆接觸金屬層以及所述第二個P+注入區形成PIN結構。

優選地，所述陰極凹槽包括：矩形陰極凹槽或倒梯形陰極凹槽；其中，

所述矩形陰極凹槽的深度為0.3μm～0.5μm，寬度為5μm～10μm；