具有CSL输运层的SiC沟槽结势垒肖特基二极管及其制作方法技术

本公开提供了一种具有CSL输运层的SiC沟槽结势垒肖特基二极管及其制作方法，包括多个第一CSL电流输运层和多个第二CSL电流输运层；第一CSL电流输运层上有选择性P++‑SiC区域环，P++‑SiC区域环上是与之对应的凹槽结构，凹槽结构上有肖特基接触电极；第二CSL电流输运层上直接是肖特基接触电极；肖特基接触电极外围设有多个P+‑SiC保护环和一个N+场截止环；肖特基接触电极边缘的设有SiO2钝化层。本公开采用凹槽技术加上P++深注入的综合技术降低芯片表面电场，减小肖特基势垒的降低效应，抑制漏电流，并优化配合CSL传输层结构大大增加电流导通能力，降低器件电学特性的温度依赖性和敏感性，在反向击穿特性不受影响下的情况下，获得高温大电流SiC电力电子器件，工艺简单、可重复。

SiC trench junction barrier Schottky diode with CSL transport layer and fabrication method thereof

The present disclosure provides a SiC groove barrier Schottky diode with a CSL transport layer and its fabrication method, including a plurality of first CSL current transport layers and a plurality of second CSL current transport layers; the first CSL current transport layer has a selective P++ SiC region ring on the P++, and a groove structure corresponding to it on the P++ SiC region ring. There are Schottky contact electrodes, and the second CSL current transport layer is directly Schottky contact electrode, and there are several P+ SiC protection rings and a N+ field cut-off ring on the periphery of Schottky contact electrode, and the SiO2 passivation layer on the edge of Schottky contact electrode. In this paper, the surface electric field of the chip is reduced by the combination of groove technology and P++ deep injection technology, reducing the reduction effect of the Schottky barrier, reducing the leakage current, and optimizing the current conduction ability with the CSL transmission layer structure, reducing the temperature dependence and sensitivity of the electrical characteristics of the device, and the reverse breakdown characteristics are not affected. Under the condition of noise, high power and high current SiC power electronic devices are obtained. The process is simple and repeatable.

【技术实现步骤摘要】
具有CSL输运层的SiC沟槽结势垒肖特基二极管及其制作方法
本公开属于半导体器件
，涉及一种具有CSL输运层的SiC沟槽结势垒肖特基二极管(Trench-JBS)及其制作方法，尤其涉及一种在Trench之间(正向电流沟道)及P++注入下方进行N型离子注入，实现具有N+CSL输运层的SiCTJBS结构。
技术介绍
碳化硅材料具有优良的物理和电学特性，以其宽的禁带宽度、高的热导率、大的饱和漂移速度和高的临界击穿电场等独特优点，成为制作高功率、高频、耐高温、抗辐射器件的理想半导体材料，在军事和民事方面具有广阔的应用前景。以SiC材料制作的电力电子器件已成为目前半导体领域的热点器件和前沿研究领域之一。在SiC的二极管中，沟槽结势垒肖特基二极管，是在结势垒肖特基结构(JBS)的基础上，利用沟槽结构将pn结势垒进一步推向器件内部，充分降低高反向阻断电压下器件表面肖特基势垒降低效应，排除反向漏电流对最高阻断电压的限制。在高速、高耐压的SiC二极管领域具有很大的优势。然而在引入Trench结构的同时，导电沟道的长度较之JBS结构进一步加长，使得正向电阻增加，同样正向电压下正向电流降低。因此传统TJBS结构在提升反向阻断能力的同时牺牲了正向导通电阻。公开内容(一)要解决的技术问题本公开针对传统TJBS结构正向导通电阻较大的情况，提出一种改良了正向特性的具有CSL输运层的SiC沟槽结势垒肖特基二极管及其制作方法。(二)技术方案本公开提供了一种SiC沟槽结势垒肖特基二极管，包括：N++-SiC衬底；N--SiC外延层，形成于所述N++-SiC衬底正面；所述N+-SiC衬底背面设有N型欧姆接触；还包括：CSL电流输运层，形成于所述N--SiC外延层上，包括：多个第一CSL电流输运层和多个第二CSL电流输运层，所述第一CSL电流输运层和第二CSL电流输运层相间排列；第一CSL电流输运层上有选择性P++-SiC区域环，P++-SiC区域环上是与之对应的凹槽结构，凹槽结构上有肖特基接触电极；第二CSL电流输运层上直接是肖特基接触电极；肖特基接触电极外围设有多个P+-SiC保护环和一个N+场截止环；肖特基接触电极边缘设有SiO2钝化层；在SiO2钝化层上方设有场板。在本公开的一些实施例中，所述的CSL电流输运层的掺杂浓度为8E16cm-3-1E18cm-3之间，注入深度大于0.5um，小于N--SiC外延层厚度；和/或，多个第一CSL电流输运层、第二CSL电流输运层和N+场截止环一起注入形成。在本公开的一些实施例中，所述凹槽结构的槽宽为1um-8um之间，槽间距为1um-10um之间，槽深为0.5um-1um之间。在本公开的一些实施例中，所述P++-SiC区域环的掺杂浓度高于P+-SiC区域环和第一CSL电流输运层的掺杂浓度；和/或，肖特基接触电极由Mo、Al或者更低势垒金属形成。本公开提供了一种SiC沟槽结势垒肖特基二极管的制作方法，该制作方法包括：提供N+-SiC衬底，在N+-SiC衬底正面生长N--SiC外延层，在N--SiC外延层上选择性刻蚀凹槽；在N--SiC外延层上制作CSL电流输运层及N+场截止环；在N--SiC外延层上，凹槽下方注入形成P++区域和P+场限环区域；N+-SiC衬底背面形成背面欧姆接触；在N--SiC外延层表面淀积SiO2并形成肖特基窗口，形成肖特基接触电极和场板，并生长封装加厚金属。在本公开的一些实施例中，所述在N+-SiC衬底正面生长N--SiC外延层包括：在掺杂浓度为1018～1019cm-3水平的N+-SiC衬底正面利用CVD工艺外延N--SiC层；所述N--SiC外延层掺杂水平为5×1015cm-3～2×1016cm-3，厚度为5～100μm。在本公开的一些实施例中，所述在N--SiC外延层上选择性刻蚀凹槽包括：采用SiO2、Si3N4等掩膜材料，光刻图形化并干法刻蚀出选择性凹槽窗口，采用干法刻蚀工艺形成选择性凹槽结构，使用的刻蚀气体为HBr、Cl2、SF6、O2中的一种或混合。在本公开的一些实施例中，所述在N--SiC外延层上制作CSL电流输运层及N+场截止环包括：在N--SiC外延层上制作绝缘介质作为N离子注入的阻挡层；在温度200℃～500℃时进行N离子进行注入；所述N离子能量为40kev～550kev之间的任意组合；所述N离子能量的注入总剂量为4×1012cm-2～1×1014cm-2之间；在惰性气体氛围中进行N离子注入后的高温激活退火，激活退火的温度范围为1300℃～1700℃，形成CSL电流输运层及N+场截止环。在本公开的一些实施例中，在N--SiC外延层上一次注入形成P++区域和P+场限环区域，包括：采用绝缘介质材料，制作选择性离子注入掩蔽层；在温度200℃～500℃时进行Al离子进行注入；所述P++-区域注入离子为Al离子，注入能量为50kev～450kev，注入的总注入剂量为1×1014cm-2～1×1015cm-2之间；所述P+场限环区域注入离子为Al离子，注入能量为50kev～450kev，注入的总注入剂量为1×1014cm-2～8×1014cm-2之间；在惰性气体氛围中进行高温激活退火，形成P++区域和P+场限环区域。在本公开的一些实施例中，所述N+-SiC衬底背面形成背面欧姆接触；包括：在N++-SiC衬底上背面生长Ni金属；在900℃～1000℃温度范围内，在真空环境或惰性气体氛围中进行快速热退火，形成N+-SiC的欧姆接触。(三)有益效果从上述技术方案可以看出，本公开具有以下有益效果：(1)采用JBS凹槽结构加CSL输运层结构，可灵活地选择势垒低的金属作为肖特基接触，在大幅度提高正向导通能力的同时，而不用担心反向漏电流会增加；(2)由于采用一次N型离子注入工艺形成多个第一、第二CSL电流输运层结构和N+场截止环，降低了工艺的复杂度，减小了两次或多次离子注入工艺引入不利影响因素的可能性；(3)器件正向工作时，肖特基金属下方的CSL输运层结构可大大增加电流导通能力，降低器件电学特性的温度依赖性和敏感性；同时，凹槽及P++-SiC区域环下方的CSL输运层结构配合高浓度的P++-SiC区域环，相当于N+-SiC区域保护环，可有效分散P++-SiC区域环边缘的电场分布，在反向击穿时起到良好保护作用。附图说明图1为本公开具有CSL输运层的SiC沟槽结势垒肖特基二极管的剖面图；图2至图9为本公开具有CSL输运层的SiC沟槽结势垒肖特基二极管制作方法各步骤的示意图；图2的(a)显示了N+-SiC衬示，图2的(b)显示了N+-SiC衬底正面生长N--SiC外延层；图3的(a)显示了N--SiC外延层上淀积SiO2层，图3的(b)显示了在N--SiC外延层上选择性刻蚀凹槽；图4的(a)显示了腐蚀去除CSL电流输运层及N+场截止环窗口上面的SiO2，图4的(b)显示了形成CSL电流输运层及N+场截止环；图5的(a)显示了在N--SiC外延层上再次淀积SiO2层作为离子注入掩膜，图5的(b)显示了形成P++区域选择性注入窗口；图6的(a)显示了在N--SiC外延层上再次淀积SiO2层作为离子注入掩膜，图6的(b)显示了形成P+场限环区域选择性注入窗口；图10为本公本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有CSL输运层结构的SiC沟槽结势垒肖特基二极管，包括：N++‑SiC衬底；N‑‑SiC外延层，形成于所述N++‑SiC衬底正面；所述N+‑SiC衬底背面设有N型欧姆接触；其特征在于：还包括：CSL电流输运层，形成于所述N‑‑SiC外延层上，包括：多个第一CSL电流输运层和多个第二CSL电流输运层，所述第一CSL电流输运层和第二CSL电流输运层相间排列；第一CSL电流输运层上有选择性P++‑SiC区域环，P++‑SiC区域环上是与之对应的凹槽结构，凹槽结构上有肖特基接触电极；第二CSL电流输运层上直接是肖特基接触电极；肖特基接触电极外围设有多个P+‑SiC保护环和一个N+场截止环；肖特基接触电极边缘设有SiO2钝化层；在SiO2钝化层上方设有场板。

【技术特征摘要】
1.一种具有CSL输运层结构的SiC沟槽结势垒肖特基二极管，包括：N++-SiC衬底；N--SiC外延层，形成于所述N++-SiC衬底正面；所述N+-SiC衬底背面设有N型欧姆接触；其特征在于：还包括：CSL电流输运层，形成于所述N--SiC外延层上，包括：多个第一CSL电流输运层和多个第二CSL电流输运层，所述第一CSL电流输运层和第二CSL电流输运层相间排列；第一CSL电流输运层上有选择性P++-SiC区域环，P++-SiC区域环上是与之对应的凹槽结构，凹槽结构上有肖特基接触电极；第二CSL电流输运层上直接是肖特基接触电极；肖特基接触电极外围设有多个P+-SiC保护环和一个N+场截止环；肖特基接触电极边缘设有SiO2钝化层；在SiO2钝化层上方设有场板。2.根据权利要求1所述的SiC沟槽结势垒肖特基二极管，其特征在于：所述的CSL电流输运层的掺杂浓度为8E16cm-3-1E18cm-3之间，注入深度大于0.5um，小于N--SiC外延层厚度；和/或，多个第一CSL电流输运层、第二CSL电流输运层和N+场截止环一起注入形成。3.根据权利要求1所述的SiC沟槽结势垒肖特基二极管，其特征在于：所述凹槽结构的槽宽为1um-8um之间，槽间距为1um-10um之间，槽深为0.5um-1um之间。4.根据权利要求1所述的SiC沟槽结势垒肖特基二极管，其特征在于：所述P++-SiC区域环的掺杂浓度高于P+-SiC区域环和第一CSL电流输运层的掺杂浓度；和/或，肖特基接触电极由Mo、Al或者更低势垒金属形成。5.一种SiC沟槽结势垒肖特基二极管的制作方法，其特征在于，该制作方法包括：提供N+-SiC衬底，在N+-SiC衬底正面生长N--SiC外延层，在N--SiC外延层上选择性刻蚀凹槽；在N--SiC外延层上制作CSL电流输运层及N+场截止环；在N--SiC外延层上，凹槽下方注入形成P++区域和P+场限环区域；N+-SiC衬底背面形成背面欧姆接触；在N--SiC外延层表面淀积SiO2并形成肖特基窗口，形成肖特基接触电极和场板，并生长封装加厚金属。6.根据权利要求5所述的制作方...

【专利技术属性】
技术研发人员：汤益丹，刘新宇，白云，董升旭，杨成樾，
申请(专利权)人：中国科学院微电子研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11