一種SiC肖特基二極管及其制作方法技術

本發明專利技術公開了一種SiC肖特基二極管及其制作方法，該SiC肖特基二極管包括：N+-SiC襯底；形成于該N+-SiC襯底之上的N--SiC外延層；形成于該N--SiC外延層之上的肖特基接觸；形成于該肖特基接觸邊緣處的P--SiC區域環，該P--SiC區域環作為該SiC肖特基二極管的結終端延伸(JTE)區域；形成于該P--SiC區域環上的n個肖特基金屬環，n≥2；形成于該肖特基金屬環之間的鈍化層SiO2；形成于該鈍化層SiO2上的場板；以及形成于該N+-SiC襯底背面的N型歐姆接觸。本發明專利技術在使單區JTE的有效濃度低于優值濃度時，降低了器件的擊穿電壓對JTE濃度的敏感程度，同時避免了界面電荷對器件擊穿電壓的影響，有利于提高器件的性能。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及半導體器件
，特別涉及一種具有浮空金屬環及場板結合結終端延伸結構的SiC肖特基二極管及其制作方法。
技術介紹
寬禁帶半導體一般指碳化硅(SiC)、氮化鎵(GaN)等禁帶寬度在3. OeV左右及其以上者。與Si材料相比，這些材料具有較寬的禁帶寬度、高的擊穿電場、高的熱導率、高的電子飽和速率等優點，是制備電力電子器件的優選材料。其中，利用SiC材料制備的肖特基二極管屬于多數載流子器件，該結構的特點是無額外載流子的注入和儲存、開關速度快、開關損耗小，可以廣泛應用于電動汽車/混合動力車等需進行功率轉換的逆變器、轉換器、PFC 電路，以及太陽能、風能等新能源中的整流、逆變等領域。在電力電子器件的設計和制備中，為了降低結邊緣電場，提高器件的實際擊穿電壓，各種結終端技術在電力電子器件的結構中得到了廣泛的應用，主要包括場板(FP)、場限環(FLR)、結終端延伸(JTE)等結構。其中，結終端延伸結構在SiC電力電子器件的制備中具有非常廣泛的應用，其形式主要包括單區結終端延伸和多區結終端延伸等結構。在單區結終端延伸的應用中，器件的擊穿電壓對JTE區的載流子濃度非常敏感，即JTE區域的濃度對器件的阻斷能力具有重要影響作用。已有研究表明，對于某一摻雜濃度的SiC漂移區，存在一個優值的JTE區域濃度。在低于優值JTE濃度范圍內，隨著JTE濃度的下降，器件的擊穿電壓會逐漸下降；而在高于優值JTE濃度范圍內，器件的擊穿電壓會隨JTE濃度的增加而快速下降。因此，一般在具有JTE終端的SiC器件的制備中，JTE區域的濃度的實際選擇會稍低于相應的JTE區域的優值濃度。通過在JTE區域設置浮空金屬環，能夠在JTE的實際濃度低于其優值濃度的情況下，降低擊穿電壓對JTE濃度的敏感度，從而進一步提高器件的擊穿電壓，且可利用肖特基接觸制備工藝環節同時完成，不會增加工藝難度和復雜度。另外，場板結構通過對介質中電荷的吸引作用，使得采用場板結構的器件的擊穿電壓對界面電荷不是很敏感。本專利技術針對以上不同結終端結構的特點，提出了一種浮空金屬環及場板結合結終端延伸結構的SiC肖特基二極管及其制作方法，目前這種結構在SiC肖特基二極管器件上的應用尚無實例。
技術實現思路
(一 )要解決的技術問題本專利技術所要解決的技術問題是提供一種降低器件制作工藝的復雜度和成本、具有浮空金屬環及場板結合結終端延伸結構的SiC肖特基二極管及其制作方法，使器件的單區JTE的有效濃度低于優值濃度時，不僅能夠降低器件的擊穿電壓對JTE濃度的敏感程度，同時避免界面電荷對擊穿電壓的影響。( 二 )技術方案為達到上述目的，本專利技術提供了一種SiC肖特基二極管，該SiC肖特基二極管包括N+-SiC襯底；形成于該N+-SiC襯底之上的N_-SiC外延層；形成于該N_-SiC外延層之上的肖特基接觸；形成于該肖特基接觸邊緣處的P--SiC區域環，該P--SiC區域環作為該SiC肖特基二極管的結終端延伸(JTE)區域；形成于區域環上的n個肖特基金屬環，n ^ 2 ;形成于該肖特基金屬環之間的鈍化層SiO2 ;形成于該鈍化層SiO2上的場板；以及形成于該N+-SiC襯底背面的N型歐姆接觸。上述方案中，該肖特基金屬環與該^…區域環形成肖特基接觸，且該肖特基金屬環浮空設置于該P_-SiC區域環上。該P_-SiC區域環上的肖特基金屬環呈等間距或不等間距分布。該肖特基金屬環之間的間距值為3至10 ym，環寬度值為3至10 ym，最外層肖特基金屬環與結終端延伸區域末端的間距范圍為30至50 y m。上述方案中，形成于該肖特基金屬環之間的鈍化層SiO2的厚度為0. 5至I i! m。形成于該鈍化層SiO2上的場板的長度范圍為I至9 i! m。為達到上述目的，本專利技術還提供了一種SiC肖特基二極管的制作方法，該方法包 括步驟10、在N+-SiC襯底上生長N--SiC外延層；步驟20、在N二SiC外延層上制備P二SiC JTE區；步驟30、在N—SiC襯底背面形成N+-SiC的歐姆接觸；步驟40、通過PECVD的方法，在已制備P--SiC JTE區的N__SiC外延層上淀積鈍化層 SiO2 ；步驟50、在SiO2上旋涂光刻膠后，通過光刻形成肖特基接觸和浮空金屬環圖案，利用緩沖HF腐蝕液開SiO2窗口 ；步驟60、在器件表面再次旋涂光刻膠，通過光刻形成場板金屬圖形，采用電子束沉積生長Ni/Ti/Al金屬，從而在N--SiC和P--SiC上同時分別形成肖特基接觸和n個浮空金屬環及場板金屬；其中，n彡2。上述方案中，所述步驟10包括在摻雜濃度為IO18至IO19CnT3水平的N+-SiC襯底正面利用CVD方法外延N_-SiC層，其摻雜水平為6 X IO1W,厚度為25 u m。上述方案中，所述步驟20包括步驟201、在N--SiC外延層上生長Ti/Ni或Ti/Au金屬層作為Al離子注入的阻擋層；步驟202、在溫度400°C時進行Al離子注入；步驟203、在惰性氣體氛圍中進行Al離子注入后的激活退火，形成P__SiC JTE區。上述方案中，步驟202中所述Al離子注入的能量為30kev至550kev ;注入的能量包括 30keV、70keV、140keV、275keV、550keV ;能量的注入劑量分別為 3. 8X 1013cnT2、6. 2X1013cm_2、8. 2 X IO1WU. 2 X IO14CnT2 和1. SXIOiW20上述方案中，步驟203中所述在惰性氣體氛圍中進行Al離子注入后的激活退火，該激活退火的溫度范圍為1500°C至1700°C。上述方案中，所述步驟30包括步驟301、在N+-SiC襯底上背面生長Ni金屬；步驟302、在900°C至1000°C溫度范圍內，在真空環境或惰性氣體氛圍中進行快速熱退火,形成N+-SiC的歐姆接觸。(三)有益效果本專利技術提出的具有浮空金屬環及場板結合結終端延伸結構的SiC肖特基二極管及其制作方法，具有以下有益效果1、本專利技術采用的浮空金屬環及場板結合結終端延伸的終端結構，使器件的單區JTE的有效濃度低于優值濃度時，不僅能夠降低器件的擊穿電壓對JTE濃度的敏感程度，同時避免界面電荷對擊穿電壓的影響，有利于提高器件的擊穿電壓。2、本專利技術采用的浮空金屬環及場板結合結終端延伸的終端結構，可以通過平面工藝完成整個器件的制作；3、本專利技術采用的浮空金屬環及場板結合結終端延伸的終端結構，其中肖特基金 屬、浮空金屬環及場板金屬同時制備，器件制備工藝相對簡單。附圖說明圖1為依照本專利技術實施例的具有浮空金屬環及場板結合結終端延伸結構的SiC肖特基二極管的剖面圖；圖2為依照本專利技術實施例的SiC肖特基二極管的反向擊穿特性的模擬仿真圖；圖3為依照本專利技術實施例的具有不同場板長度的SiC肖特基二極管的反向1-V特性曲線的模擬仿真圖；圖4為依照本專利技術實施例的制作具有浮空金屬環及場板結合結終端延伸結構的SiC肖特基二極管的方法流程圖。具體實施例方式為使本專利技術的目的、技術方案和優點更加清楚明白，以下結合具體實施例，并參照附圖，對本專利技術進一步詳細說明。如圖1所示，圖1為依照本專利技術實施例的具有浮空金屬環及場板結合結終端延伸結構的SiC肖特基二極管的剖面圖。該SiC肖特基二極管包括=N+-SiC襯底本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種SiC肖特基二極管，其特征在于，該SiC肖特基二極管包括：N+?SiC襯底；形成于該N+?SiC襯底之上的N??SiC外延層；形成于該N??SiC外延層之上的肖特基接觸；形成于該肖特基接觸邊緣處的P??SiC區域環，該P??SiC區域環作為該SiC肖特基二極管的結終端延伸(JTE)區域；形成于該P??SiC區域環上的n個肖特基金屬環，n≥2；形成于該肖特基金屬環之間的鈍化層SiO2；形成于該鈍化層SiO2上的場板；以及形成于該N+?SiC襯底背面的N型歐姆接觸。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：白云，劉可安，申華軍，湯益丹，王弋宇，韓林超，劉新宇，李誠瞻，史晶晶，
申請(專利權)人：中國科學院微電子研究所，株洲南車時代電氣股份有限公司，
類型：發明
國別省市：