[發明專利]一種提高抗單粒子性能的倒T型P+碳化硅JBS結構

在審

• 申請號: 202211740510.3
• 申請日: 2022-12-30
• 公開（公告）號: CN115954344A
• 公開（公告）日: 2023-04-11
• 發明（設計）人: 程鵬剛;唐磊;王忠芳;楊曉文;劉建軍;楊庚;王昕;王晨霞;黃山圃;姚軍;王健
• 申請（專利權）人: 西安微電子技術研究所
• 主分類號: H01L23/552
• 分類號: H01L23/552;H01L29/872
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 崔方方

本發明公開了一種提高抗單粒子性能的倒T型P+碳化硅JBS結構；碳化硅N+襯底的下表面為陰極金屬，碳化硅N+襯底上為N型緩沖層和N?外延層，N型緩沖層的濃度大于N?外延層的濃度，N?外延層的上表面內間隔均勻分布P+，N?外延層及P+的上表面為陽極金屬。通過設置緩沖層，在單粒子輻照時，利用緩沖層對單粒子入射徑跡產生的電子空穴進行平衡和再分配，減少空穴向陽極金屬的收集和電子向陰極金屬的收集，減少空穴在肖特基接觸面的積累，并將P+結構設置為倒T型，利用倒T型P+的耗盡區有效夾斷單粒子入射產生的電子?空穴對徑跡，抑制空穴在陽極金屬和N?外延層接觸面的積累，防止漏電過大和燒毀。

技術領域

本發明屬于半導體分立器件技術領域，涉及一種提高抗單粒子性能的倒T型P+碳化硅JBS結構。

背景技術

第三代半導體碳化硅SiC材料具有禁帶寬度大、臨界擊穿場強高、耐高溫、熱導率高、飽和電子漂移速度快等諸多優點，特別適合制作高壓功率器件。SiC功率器件具有擊穿電壓高、寄生電容小、開關速度快、無反向恢復以及更好的熱穩定性等優點，利用SiC功率器件替代Si功率器件可以有效簡化電路結構、提高效率、降低重量，縮小體積，在軍用方面特別是航天領域，具有迫切的應用需求，如新一代長壽命衛星、空間站太陽能電池電源和配電系統，新型火箭的電力推進系統和高功率密度電源。

SiC功率器件優良的性能雖然非常適合軍用航天領域高壓、高頻、高效、高溫和大功率的應用需求，但抗輻射性能差一直是阻礙SiC功率器件在軍用航天抗輻照領域獲得廣泛應用的技術瓶頸。碳化硅肖特基二極管單粒子輻照下阻斷電壓約在200V左右，遠不能滿足高耐壓的應用需求，因此，亟需對碳化硅肖特基二極管開展單粒子輻射加固研究。

目前，市場商業化批量生產的碳化硅肖特基二極管內部芯片主要采用圖1所示JBS(Junction?barrier?Schottky)結構，該結構通過在器件內部引入了重摻雜P+，并以一定的間距規則排列，該碳化硅JBS結構同時集合了肖特基二極管和PIN二極管的優點，具有正向壓降低，反向漏電小的優點。但是在單粒子輻照下，在肖特基接觸表面，容易形成微型燒毀痕跡，如圖1所示，導致器件反向漏電過大甚至燒毀，嚴重限制了碳化硅肖特基二極管在軍用宇航領域的應用。

發明內容

本發明的目的在于解決現有技術中碳化硅肖特基二極管所采用的JBS結構，在單粒子輻照下，在肖特基接觸表面容易形成微型燒毀痕跡的問題，提供一種提高抗單粒子性能的倒T型P+碳化硅JBS結構。

為達到上述目的，本發明采用以下技術方案予以實現：

一種提高抗單粒子性能的倒T型P+碳化硅JBS結構，包括陰極金屬、碳化硅N+襯底、N型緩沖層、N-外延層、P+和陽極金屬；

所述碳化硅N+襯底的下表面為陰極金屬，所述碳化硅N+襯底上依次為N型緩沖層和N-外延層，所述N型緩沖層的濃度大于N-外延層的濃度，所述N-外延層的上表面內間隔均勻分布P+，N-外延層的上表面和P+的上表面為陽極金屬。

本發明的進一步改進在于：

所述N型緩沖層包括依次設置的第一N型緩沖層、第二N型緩沖層和第三N型緩沖層，所述第一N型緩沖層與碳化硅N+襯底相鄰，所述第三N型緩沖層與N-外延層相鄰。

所述三層N型緩沖層的濃度由第一N型緩沖層至第三N型緩沖層呈數量級梯度降低，所述相鄰緩沖層之間的濃度相差一個數量級。

所述P+為倒T型，P+的底部寬度大于上部寬度。

所述陰極金屬為Ti、Al、Ni或Pt。

所述陰極金屬與碳化硅N+襯底之間形成歐姆接觸。

所述陽極金屬為Ni/Au、Ni/Pt或Pt/Au。

所述陽極金屬與P+之間形成歐姆接觸，與N-外延層之間形成肖特基接觸。