一种碳化硅肖特基二极管制造技术

本实用新型专利技术涉及半导体技术领域，具体公开了一种碳化硅肖特基二极管，其中所述碳化硅肖特基二极管包括：包括N型碳化硅衬底（2）、N型外延层（3）、阳极电极和阴极电极所述N型外延层（3）的外延面上设有P型阱区并形成N型阱区（5）；所述P型阱区包括第二P型阱区（6），所述第二P型阱区（6）的周围连有第一P型阱区（4），所述第一P型阱区（4）与第二P型阱区（6）电势相同。本实用新型专利技术通过第二P型阱区（6）与N型外延层（3）组成的PN二极管的开启带动了第一P型阱区（4）与N型外延层（3）组成的PN结的开启，使得器件的浪涌电流明显增加。

【技术实现步骤摘要】
一种碳化硅肖特基二极管
本技术涉及半导体
，尤其涉及一种优化热分布的碳化硅肖特基二极管。
技术介绍
功率器件及其模块为实现多种形式电能之间转换提供了有效的途径，在国防建设、交通运输、工业生产、医疗卫生等领域得到了广泛应用。自上世纪50年代第一款功率器件应用以来，每一代功率器件的推出，都使得能源更为高效地转换和使用。传统功率器件及模块由硅基功率器件主导，主要以晶闸管、功率PIN器件、功率双极结型器件、功率MOSFET以及绝缘栅场效应晶体管等器件为主，在全功率范围内均得到了广泛的应用，以其悠久历史、十分成熟的设计技术和工艺技术占领了功率半导体器件的主导市场。然而，随着功率半导体技术发展的日渐成熟，硅基功率器件其特性已逐渐逼近其理论极限。研究人员在硅基功率器件狭窄的优化空间中努力寻求更佳参数的同时，也注意到了SiC、GaN等第三代宽带隙半导体材料在大功率、高频率、耐高温、抗辐射等领域中优异的材料特性。碳化硅(SiC)材料凭借其优良的性能成为了国际上功率半导体器件的研究热点。碳化硅(SiC)相比传统的硅材料具有禁带宽度大、击穿场强高、热导率高等优势。禁带宽度大使碳化硅的本征载流子浓度低，从而减小了器件的反向电流；高的击穿场强可以大大提高功率器件的反向击穿电压，并且可以降低器件导通时的电阻；高热导率可以大大提高器件可以工作的最高工作温度；并且在众多高功率应用场合，比如：高速铁路、混合动力汽车、智能高压直流输电等领域，碳化硅基器件均被赋予了很高的期望。同时，碳化硅功率器件能够有效降低功率损耗，故此被誉为带动“新能源革命”的“绿色能源”器件。目前，碳化硅功率器件主要包括二极管和MOSFET。对于碳化硅二极管，击穿电压、正向导通压降和结电容电荷是其最主要电学参数，浪涌电流能力是其最重要的可靠性参数。目前碳化硅二极管往往采用结势垒肖特基二极管（JBS），如图17所示为典型的碳化硅JBS结构，在器件正常导通工作状态下（小电流），仅仅有肖特基接触区域导通，P型阱区不参与导电，因此P型阱区面积越大，在相同面积条件下器件的导通压降越大，导通损耗越大。在大电流条件下（浪涌电流来临时），PN结导通，向器件的漂移区注入少子空穴，从而提高器件的浪涌电流能力，因此P型阱区面积越大，器件的浪涌电流能力越强。然而，由于碳化硅的PN结二极管开启电压较高，浪涌电流来临时很难有效的保证PN结有效开启，即使PN结开启，也常常存在器件正向导通压降过高，导致芯片温度上升较快，极易失效，从而导致碳化硅功率浪涌电流能力较差。另一方面，如果大幅增加JBS二极管P型阱区的面积，可以有效的提高器件的浪涌电流能力，但导致器件的正向导通损耗较大，在系统中应用时对电能的转换效率有不利的影响。故而，亟需一种正向导通压降较小、浪涌电流大的碳化硅JBS器件，以克服现有技术所存在的不足。
技术实现思路
为了解决现有技术中存在的不足，本技术提供一种碳化硅肖特基二极管及其制造方法。本技术提供一种碳化硅肖特基二极管，所述碳化硅肖特基二极管包括N型碳化硅衬底、N型外延层、阳极电极和阴极电极，所述N型外延层的外延面上设有P型阱区并形成N型阱区；所述P型阱区包括第二P型阱区，所述第二P型阱区的周围连有第一P型阱区，所述第一P型阱区与第二P型阱区电势相同。进一步地，所述第二P型阱区的面积占N型外延层的外延面面积的10%至90%。进一步地，所述第一P型阱区有多条，并且第一P型阱区与N型阱区交替分布。进一步地，每条所述第一P型阱区的一端连接第二P型阱区，另一端向外延伸。进一步地，多条所述第一P型阱区相互交错，呈网格状分布。进一步地，所述第二P型阱区有多块，多块所述第二P型阱区直接相连或者通过第一P型阱区相连。从以上所述可以看出，本技术提供的碳化硅肖特基二极管及其制造方法，与现有技术相比具备以下优点：第一P型阱区与第二P型阱区相连且电势相同能够使得在相同面积条件下器件的导通压降较小，导通损耗减小，提高系统中应用时对电能的转换效率。使得器件在导通时，电子电流流经第二P型阱区下方，然后流入肖特基结。由于第二P型阱区的面积较大，即使器件导通的电流很小，也能使得第二P型阱区与N型外延层组成的PN结的正向压降能够迅速且稳定的上升至3V（碳化硅PN结开启电压），由于第二P型阱区与第一P型阱区相连，因此第一P型阱区与N型外延层组成的PN结的正向压降也能够迅速且稳定的上升至3V，因此在相同的导通压降条件下，本技术器件的PN结二极管相比于传统器件能够更早且更稳定的开启，本技术导通的电流更大，因此本技术的浪涌电流相比于传统器件更大。附图说明图1为本技术的一种版图形貌示意图，芯片版图为方形结构，第二P型阱区为十字形，第一P型阱区网格状分布。图2为图1中虚线方框BCDE内的结构的放大图像。图3为本技术的一种版图形貌示意图，芯片版图为方形结构，第二P型阱区为X字形，第一P型阱区网格状分布。图4为本技术的一种版图形貌示意图，芯片版图为方形结构，第二P型阱区为方形，第一P型阱区网格状分布。图5为本技术的一种版图形貌示意图，芯片版图为方形结构，第二P型阱区为圆形，第一P型阱区网格状分布。图6为本技术的一种版图形貌示意图，芯片版图为圆形结构，第二P型阱区为圆形，第一P型阱区网格状分布。图7为本技术的一种版图形貌示意图，芯片版图为圆形结构，第二P型阱区为多块，多块第二P型阱区十字交错分布，第一P型阱区网格状分布。图8为本技术的一种版图形貌示意图，芯片版图为圆形结构，第二P型阱区为五块正方形，五块第二P型阱区互不接触组成的十字形状，第一P型阱区网格状分布。图9为本技术的一种版图形貌示意图，芯片版图为圆形结构，第二P型阱区为四块三角形，四块第二P型阱区互不接触组成的方形，第一P型阱区网格状分布。图10为本技术的一种版图形貌示意图，芯片版图为圆形结构，第二P型阱区为四块四分之一圆形，四块第二P型阱区互不接触组成的圆形，第一P型阱区网格状分布。图11为本技术的一种版图形貌示意图，多个方形第二P型阱区均匀分布在芯片表面，第一P型阱区网格状分布。图12为本技术的一种版图形貌示意图，芯片版图为方形结构，第二P型阱区为正方形，第一P型阱区条形分布。图13为本技术的一种版图形貌示意图，芯片版图为方形结构，第二P型阱区为长方形，第一P型阱区条形分布，并且第一P型阱区的一端均与第二P型阱区连接。图14为本技术第二方面步骤S2制得碳化硅N型外延层的剖视结构示意图。图15为本技术第二方面步骤S4形成第二P型阱区、N型阱区、第一P型阱区的剖视结构示意图。图16为本技术第二方面步骤S5阳极电极与阴极电极的剖视结构示意图，是沿着图3中的AA’截得的剖视结构示意图。图17为本技术器件在小电流导通情况下电子电流的运动路径，此时N型外延层与第二P型阱区组成的PN结没有导通。1.阴极电极，2.N型碳化硅衬底，210.第一表面，220.第二表面，3.N型外延层，310.外延面，4.第一P型阱区，5.N型阱区，6.第二P型阱区，7.阳极电极，8.阱区表面。具体实施方式为使本技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本技术进一步详本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种碳化硅肖特基二极管，所述碳化硅肖特基二极管包括N型碳化硅衬底（2）、N型外延层（3）、阳极电极（7）和阴极电极（1），其特征在于，所述N型外延层（3）的外延面（310）上形成P型阱区和N型阱区（5）；所述P型阱区包括第二P型阱区（6），所述第二P型阱区（6）的周围连有第一P型阱区（4），所述第一P型阱区（4）与第二P型阱区（6）电势相同。

【技术特征摘要】
1.一种碳化硅肖特基二极管，所述碳化硅肖特基二极管包括N型碳化硅衬底（2）、N型外延层（3）、阳极电极（7）和阴极电极（1），其特征在于，所述N型外延层（3）的外延面（310）上形成P型阱区和N型阱区（5）；所述P型阱区包括第二P型阱区（6），所述第二P型阱区（6）的周围连有第一P型阱区（4），所述第一P型阱区（4）与第二P型阱区（6）电势相同。2.如权利要求1所述的碳化硅肖特基二极管，其特征在于，所述第二P型阱区（6）的面积占N型外延层（3）的外延面（310）面积的10%至90%。3.如权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱袁正，周锦程，杨卓，
申请(专利权)人：无锡新洁能股份有限公司，
类型：新型
国别省市：江苏,32