一种提高浪涌能力的碳化硅肖特基二极管结构及制备方法技术

本发明专利技术公开了一种提高浪涌能力的碳化硅肖特基二极管结构及制备方法，该结构包括第一导电类型碳化硅衬底、位于碳化硅衬底上的漂移层，以及阳极电极和以及阴极电极，其特征在于，漂移区表面具有第二导电类型主结、位于主结一侧的第二导电类型浮空场限环，以及位于主结另一侧的第二导电类型窄有源注入区和第二导电类型宽有源注入区；第二导电类型宽有源注入区的宽度大于第二导电类型窄有源注入区的宽度；第二导电类型主结和第二导电类型浮空场限环的表面掺杂浓度低于有源区内部；第二导电类型窄有源注入区的浪涌开启电压高于第二导电类型宽有源注入区。本发明专利技术可使得有源区内部均匀发生雪崩，提高了器件抗雪崩能力。

【技术实现步骤摘要】
一种提高浪涌能力的碳化硅肖特基二极管结构及制备方法
本专利技术涉及半导体器件技术，尤其是一种提高浪涌能力的碳化硅肖特基二极管结构及制备方法。
技术介绍
SiC材料禁带宽度大、击穿电场高、饱和漂移速度和热导率大，这些材料优越性能使其成为制作高功率、高频、耐高温、抗辐射器件的理想材料。碳化硅肖特基二极管具有击穿电压高、电流密度大、工作频率高等一系列优点，因此发展前景非常广泛。目前碳化硅肖特基二极管面临的主要问题之一就是提高器件抗浪涌和雪崩能力。为了实现较高的器件阻断性能，碳化硅肖特基二极管通过离子注入的方法在有源区表面实现了P型掺杂区，通过夹断作用降低表面电场，同时通过P型注入区的导通降低浪涌电流产生的正向压降，进而提高器件的抗浪涌能力，防止器件烧毁。仿真证明P型掺杂区的宽度越大，PN结开启电压越低。为了保证器件有源区和终端保护区电场分布情况的相对独立，主结宽度远大于有源区内部P型掺杂区宽度。随着正向电压的提高，主结部分最早开启，由于少子参与导电，器件导通电流迅速增大，因此器件大部分的浪涌电流集中在主结部分，同时主结部分只有部分金属化，过于集中的浪涌电流将造成器件烧毁。有源区内部P型区由于宽度较小，PN结导通电压过高，无法起到抗浪涌作用。
技术实现思路
专利技术目的：提供一种提高浪涌能力的碳化硅肖特基二极管结构，以克服现有技术存在的上述缺陷。同时提供一种制备上述碳化硅肖特基二极管结构的方法。技术方案：一种提高浪涌能力的碳化硅肖特基二极管结构，包括第一导电类型碳化硅衬底、位于碳化硅衬底上的漂移层，以及阳极电极和以及阴极电极，漂移区表面具有第二导电类型主结、位于主结一侧的第二导电类型浮空场限环，以及位于主结另一侧的第二导电类型窄有源注入区和第二导电类型宽有源注入区；所述第二导电类型宽有源注入区的宽度大于第二导电类型窄有源注入区的宽度；所述第二导电类型主结和第二导电类型浮空场限环的表面掺杂浓度低于有源区内部；所述第二导电类型窄有源注入区的浪涌开启电压高于第二导电类型宽有源注入区。优选的，所述第二导电类型窄有源注入区为多个。相邻第二导电类型窄有源注入区之间的间隙、相邻第二导电类型宽有源注入区之间的间隙，以及第二导电类型窄有源注入区和第二导电类型宽有源注入区之间的间隙相等。所述第二导电类型宽有源注入区的宽度为1~4微米。一种上述任一实施例所述提高浪涌能力的碳化硅肖特基二极管结构的制备方法，包括如下步骤：在具有第一导电类型的碳化硅漂移层的表面形成具有第二导电类型主结，及位于主结一侧的第二导电类型浮空场限环；在主结另一侧形成第二导电类型窄有源注入区和第二导电类型宽有源注入区；所述第二导电类型宽有源注入区的宽度大于第二导电类型窄有源注入区的宽度；所述第二导电类型主结和第二导电类型浮空场限环的表面掺杂浓度低于有源区内部；所述第二导电类型窄有源注入区的浪涌开启电压高于第二导电类型宽有源注入区。在进一步的实施例中，从靠近第二导电类型主结向远离第二导电类型主结的方向，相邻第二导电类型浮空场限环之间的距离逐渐增大，以更好的舒展终端电场分布，避免局部电场过高。第二导电类型浮空场限环的宽度相等。从第二导电类型主结向第二导电类型宽有源注入区的方向，第二导电类型窄有源注入区的宽度逐渐增加。相邻第二导电类型窄有源注入区之间的距离相等。第二导电类型宽有源注入区为等宽度且等间距，且第二导电类型宽有源注入区的宽度大于第二导电类型窄有源注入区的最大宽度。另一种实施例中，该方法包括如下步骤：在第一导电类型碳化硅衬底上形成第一导电类型碳化硅漂移层；在所述第一导电类型碳化硅漂移层上制作第一注入掩膜；通过离子注入形成第二导电类型窄有源注入区和第二导电类型宽有源注入区；去除第一注入掩膜；在所述第一导电类型碳化硅漂移层上制作第二注入掩膜；通过离子注入形成第二导电类型主结和第二导电类型浮空场限环；去除第二注入掩膜；制作阳极电机和阴极电极。另一种实施例中，该方法包括如下步骤：在第一导电类型碳化硅衬底上形成第一导电类型碳化硅漂移层；在所述第一导电类型碳化硅漂移层表面部分区域形成终端加厚掩膜；在终端加厚掩膜及第一导电类型碳化硅漂移层表面形成第三注入掩膜；通过离子注入，形成第二导电类型主结、第二导电类型浮空场限环、第二导电类型窄有源注入区和第二导电类型宽有源注入区；去除终端加厚掩膜和第三注入掩膜；制作阳极电极和阴极电极。终端加厚掩膜的厚度大于掺杂区的宽度。另一种实施例中，包括如下步骤：在第一导电类型碳化硅衬底上形成第一导电类型碳化硅漂移层；在所述第一导电类型碳化硅漂移层表面形成主结掩膜；在所述主结掩膜和第一导电类型碳化硅漂移层表面形成第四注入掩膜；通过离子注入，形成第二导电类型主结、第二导电类型浮空场限环、第二导电类型窄有源注入区和第二导电类型宽有源注入区；去除第四注入掩膜和主结掩膜；制作阳极电极和阴极电极。主结掩膜的厚度大于掺杂区的宽度。有益效果：器件在阻断状态下抗雪崩能力较为重要，本专利技术采用的结构中主结区域7和浮空场限环区域8掺杂浓度较低，因此区域整体电阻较大，避免了浪涌电流通过区域7和区域8进入阳极电极3，进而避免了广大终端区域雪崩电流集中于阳极电极3的边缘，同时结合较窄的有源区域5进一步将雪崩电流向有源区内部转移，使得有源区内部均匀发生雪崩，提高了器件抗雪崩能力。附图说明图1是器件材料结构。图2是第一次离子注入掩膜。图3是第一次离子注入。图4是第一次离子注入后去除掩膜。图5是第二次离子注入掩膜。图6是第二次离子注入。图7是第二次离子注入后去除掩膜。图8是电极金属化。图9是有源区掺杂曲线。图10是终端保护区掺杂曲线。图11是改进方案一离子注入第一层掩膜。图12是改进方案一离子注入第二层掩膜。图13是改进方案一离子注入。图14是改进方案一注入掩膜去除。图15是改进方案一最终器件。图16是改进方案二离子注入第一层掩膜。图17是改进方案二离子注入第二层掩膜。图18是改进方案二离子注入。图19是改进方案二注入掩膜去除。图20是改进方案二最终器件。图21是本专利技术的俯视图。图22是主结参与浪涌电流导通。图23是主结不参与浪涌电流导通。图24是对比仿真结果。具体实施方式结合图1至图10描述本专利技术的第一个实施例。为了解决现有技术存在的问题，申请人进行了深入的研究和分析，提出了一种新的解决方案。即一种提高浪涌能力的碳化硅肖特基二极管结构。该结构能够避免浪涌电流集中于主结导致器件浪涌能力下降，同时可以大幅度提高主结及其附近区域对电流的阻碍作用，进而避免了主结区域由于雪崩电流过于集中引起雪崩耐量下降，提高了器件抗雪崩能力。如图9所示，除了碳化硅衬底、漂移层和阴阳极电极外，还可见漂移区表面具有第二导电类型主结、位于主结一侧的第二导电类型浮空场限环，以及位于主结另一侧的第二导电类型窄有源注入区和第二导电类型宽有源注入区；第二导电类型宽有源注入区的宽度大于第二导电类型窄有源注入区的宽度；第二导电类型主结和第二导电类型浮空场限环的表面掺杂浓度低于有源区内部；第二导电类型窄有源注入区的浪涌开启电压高于第二导电类型宽有源注入区。申请人认为，在器件导通状态下期间的浪涌能力尤为重要，因此器件在被电感瞬间灌入大量电流时器件的压降不能够太高。而本专利技术掺杂区7（第二导电类型主结）和掺杂区8（第二导电类型浮本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种提高浪涌能力的碳化硅肖特基二极管结构，包括第一导电类型碳化硅衬底、位于碳化硅衬底上的漂移层，以及阳极电极和以及阴极电极，其特征在于，漂移区表面具有第二导电类型主结、位于主结一侧的第二导电类型浮空场限环，以及位于主结另一侧的第二导电类型窄有源注入区和第二导电类型宽有源注入区；所述第二导电类型宽有源注入区的宽度大于第二导电类型窄有源注入区的宽度；所述第二导电类型主结和第二导电类型浮空场限环的表面掺杂浓度低于有源区内部；所述第二导电类型窄有源注入区的浪涌开启电压高于第二导电类型宽有源注入区。

【技术特征摘要】
1.一种提高浪涌能力的碳化硅肖特基二极管结构，包括第一导电类型碳化硅衬底、位于碳化硅衬底上的漂移层，以及阳极电极和以及阴极电极，其特征在于，漂移区表面具有第二导电类型主结、位于主结一侧的第二导电类型浮空场限环，以及位于主结另一侧的第二导电类型窄有源注入区和第二导电类型宽有源注入区；所述第二导电类型宽有源注入区的宽度大于第二导电类型窄有源注入区的宽度；所述第二导电类型主结和第二导电类型浮空场限环的表面掺杂浓度低于有源区内部；所述第二导电类型窄有源注入区的浪涌开启电压高于第二导电类型宽有源注入区。2.根据权利要求1所述的提高浪涌能力的碳化硅肖特基二极管结构，其特征在于，所述第二导电类型窄有源注入区为多个。3.根据权利要求1所述的提高浪涌能力的碳化硅肖特基二极管结构，其特征在于，相邻第二导电类型窄有源注入区之间的间隙、相邻第二导电类型宽有源注入区之间的间隙，以及第二导电类型窄有源注入区和第二导电类型宽有源注入区之间的间隙相等。4.根据权利要求1所述的提高浪涌能力的碳化硅肖特基二极管结构，其特征在于，所述第二导电类型宽有源注入区的宽度为1~4微米。5.一种权利要求1所述提高浪涌能力的碳化硅肖特基二极管结构的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：在具有第一导电类型的碳化硅漂移层的表面形成具有第二导电类型主结，及位于主结一侧的第二导电类型浮空场限环；在主结另一侧形成第二导电类型窄有源注入区和第二导电类型宽有源注入区；所述第二导电类型宽有源注入区的宽度大于第二导电类型窄有源注入区的宽度；所述第二导电类型主结和第二导电类型浮空场限环的表面掺杂浓度低于有源区内部；所述第二导电类型窄有源注入...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄润华，柏松，刘奥，陈刚，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第五十五研究所，
类型：发明
国别省市：江苏,32