一种碳化硅沟槽肖特基二极管器件及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种碳化硅沟槽肖特基二极管器件，由下至上包括：阴极电极、衬底层、N型SiC外延层、沟槽、介质层、导电层及阳极电极，复数个的沟槽位于N型SiC外延层的顶部，介质层和导电层依次填充在沟槽内，还包括P型区，该P型区嵌入于部分沟槽之间并位于N型SiC外延层与阳极电极的连接处。本发明专利技术既可以提高器件的正向导通电流密度，又可以提高浪涌能力。

A Silicon Carbide Grooved Schottky Diode Device and Its Preparation Method

The invention discloses a silicon carbide groove Schottky diode device, which comprises cathode electrode, substrate layer, N-type SiC epitaxy layer, groove, dielectric layer, conductive layer and anode electrode from bottom to top. A plurality of grooves are located at the top of N-type SiC epitaxy layer. The dielectric layer and conductive layer are filled in the groove in turn, and P-type area is also included. The P-type area is embedded between some grooves and is located in N-type SiC epitaxy layer. The junction of type SiC epitaxy layer and anode electrode. The invention can not only improve the forward current density of the device, but also improve the surge ability.

【技术实现步骤摘要】
一种碳化硅沟槽肖特基二极管器件及其制备方法
本专利技术属于半导体器件制作工艺，特别涉及一种碳化硅沟槽肖特基二极管器件及其制备方法。
技术介绍
碳化硅（SiC）由于具有高禁带宽度、高热导率、高临界击穿电场强度、高电子迁移率等一系列优异的材料性能，满足了未来电力电子器件在高温、高频、大功率以及抗恶劣环境等方面的要求，其产业化进程备受瞩目。自从2001年开始商业化以来，SiC肖特基二极管在市场上已经得到了广泛应用，多家厂商的SiC肖特基二极管已经更新迭代了多次。现阶段，市场上主流的SiC肖特二极管结构为JBS/MPS结构，如图1所示，这种结构通过离子注入的方式在N型SiC外延层表面引入规律性的P型区。通过调制P型区的间距，使得器件在反向工作时，由PN结来屏蔽肖特基表面的电场强度，从而降低反向漏电流。然而，由于P+区域为正向工作时为不导电区域，加上PN结自然耗尽层的存在，会极大的升高了器件的导通电阻，降低器件的正向特性。为了降低P+区域引入的自然耗尽层的影响，传统的硅基肖特基二极管一般采用沟槽栅肖特基二极管（TMBS）结构，如图2所示。这种器件反向工作时可以通过沟槽深度与间距的调节控制降低器件的反向漏电流，而正向工作时，由于具有不具备P+耗尽层的影响，正向导通电流密度具有明显高于传统JBS/MPS结构。然而，在实际电路工作过程中，由于存在一系列的干扰及震荡冲击，浪涌性能被视为碳化硅肖特基二极管的一项重要特性。为了提升抗浪涌特性，传统的SiCJBS/MPS结构。当器件受到浪涌电流冲击时，可以通过PiN开启引入电导调制效应来抗浪涌电流的作用。而对于TMBS结构，由于没有P型注入区不能通过电导调制效应提高抗浪涌电流能力。因此，本专利技术人对此做进一步研究，研发出一种具有抗浪涌电流能力的碳化硅沟槽肖特基二极管器件及其制备方法，本案由此产生。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术之不足，提供一种碳化硅沟槽肖特基二极管器件及其制备方法，既可以提高器件的正向导通电流密度，又可以提高浪涌能力。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种碳化硅沟槽肖特基二极管器件，由下至上包括：阴极电极、衬底层、N型SiC外延层、沟槽、介质层、导电层及阳极电极，复数个的沟槽位于N型SiC外延层的顶部，介质层和导电层依次填充在沟槽内，还包括P型区，该P型区嵌入于部分沟槽之间并位于N型SiC外延层与阳极电极的连接处。优选的，P型区呈规律性阵列嵌入。优选的，P型区的上边界突出于沟槽之上并与阳极电极相连，下边界位于沟槽顶部或之上。优选的，介质层从P型区的下边界向上延伸至P型区的侧边界。优选的，P型区位于N型SiC外延层内，并且P型区的上边界与阳极电极相连。优选的，P型区的上边界突出于沟槽之上并与阳极电极相连，P型区的下边界位于N型SiC外延层内。优选的，嵌入P型区的沟槽间距与未嵌入P型区的沟槽间距相同或不同。优选的，P型区掺杂元素为B、Al或B/Al共掺杂形成，P型区的掺杂浓度范围为1E14cm-3至5E21cm-3。优选的，P型区的形成方式为离子注入或外延生长。优选的，介质层的材料为SiO2、Al2O3、AlN、SiN中的一种或几种的组合，导电层的材料为金属、金属硅化物、多晶硅中的一种或几种的组合。优选的，多晶硅的掺杂可以为N型、P型或本征。一种碳化硅沟槽肖特基二极管器件的制备方法，包括以下步骤：N型SiC外延层层叠在衬底层上→形成P型区→形成沟槽→形成介质层和导电层→形成阴极电极和阳极电极。具体的，包括以下步骤：步骤一，将N型SiC外延层层叠在衬底层上；步骤二，形成P型区：在N型SiC外延层上生长离子注入掩膜层，光刻后刻蚀离子注入掩膜层形成离子注入区窗口，离子注入形成P型区，去除离子注入掩膜区后高温激活注入离子；步骤三，形成沟槽：生长刻蚀掩膜层，光刻后在掩膜层上开设复数个沟槽刻蚀窗口，刻蚀掩膜层，刻蚀N型SiC外延层形成沟槽，去除刻蚀掩膜层；步骤四，形成介质层和导电层：在沟槽底部和侧壁生长一层介质层，在介质层上生长导电层，导电层填满沟槽；步骤五，形成阳极电极和阴极电极：在衬底的底部生长欧姆接触金属形成阴极电极；N型SiC外延层的顶部生长肖特基金属形成阳极电极。一种碳化硅沟槽肖特基二极管器件的制备方法，包括以下步骤：N型SiC外延层层叠在衬底层上→形成沟槽→形成P型区→形成介质层和导电层→形成阴极电极和阳极电极。具体的，包括以下步骤：步骤一，将N型SiC外延层层叠在衬底层上；步骤二，形成沟槽：生长刻蚀掩膜层，光刻后在掩膜层上开设复数个沟槽刻蚀窗口，刻蚀掩膜层，刻蚀N型SiC外延层形成沟槽，去除刻蚀掩膜层；步骤三，形成P型区：在N型SiC外延层上生长离子注入掩膜层，光刻后刻蚀离子注入掩膜层形成离子注入区窗口，离子注入形成P型区，去除离子注入掩膜区后高温激活注入离子；步骤四，形成介质层和导电层：在沟槽底部和侧壁生长一层介质层，在介质层上生长导电层，导电层填满沟槽；步骤五，形成阳极电极和阴极电极：在衬底的底部生长欧姆接触金属形成阴极电极；N型SiC外延层的顶部生长肖特基金属形成阳极电极。一种碳化硅沟槽肖特基二极管器件的制备方法，包括以下步骤：N型SiC外延层层叠在衬底层上→外延生长P型层→形成P型区→形成沟槽→形成介质层和导电层→形成阴极电极和阳极电极。一种碳化硅沟槽肖特基二极管器件的制备方法，包括以下步骤：步骤一，将N型SiC外延层层叠在衬底层上；步骤二，外延生长P型层：通过外延生长将P型层层叠生长在N型SiC外延层上；步骤三，形成P型区：光刻后刻蚀SiC至N型SiC外延层上，形成P型区；步骤四，形成沟槽：生长刻蚀掩膜层，光刻后在掩膜层上开设复数个沟槽刻蚀窗口，刻蚀掩膜层，刻蚀N型SiC外延层形成沟槽，去除刻蚀掩膜层；步骤五，形成介质层和导电层：在沟槽底部和侧壁生长一层介质层，在介质层上生长导电层，导电层填满沟槽；步骤六，形成阳极电极和阴极电极：在衬底的底部生长欧姆接触金属形成阴极电极；N型SiC外延层的顶部生长肖特基金属形成阳极电极。本专利技术的有益效果是：1．相比于传统的沟槽肖特基二极管结构，通过引入P型区，形成PN结二极管结构，当器件正向工作受到浪涌电流冲击时，可以通过P结的开启，降低正向压降，从而使得器件具有更高的抗浪涌电流能力，从而可以满足电路系统使用的要求；2.相比于传统的JBS/MPS结构，由于沟槽结构对于肖特基结与PN结的隔离屏蔽作用，降低了PN结自然耗尽层对于器件正向特性的影响，使得器件具有了更低比导通电阻；并且嵌入的PN结二极管更容易开启，使得器件具有更高的抗浪涌电流能力。附图说明图1是现有JBS/MPS的剖面结构示意图；图2是现有沟槽肖特基二极管的剖面结构示意图；图3是本专利技术实施例一的剖面结构示意图；图4是本专利技术实施例二的剖面结构示意图；图5是本专利技术实施例三的剖面结构示意图；图6是本专利技术实施例四的剖面结构示意图；图7是本专利技术实施例五的剖面结构示意图；图8是本专利技术实施例六的剖面结构示意图。标号说明阴极电极1衬底层2N型SiC外延层3沟槽4顶部41底部42侧壁43介质层5导电层6阳极电极7P型区8上边界81下边界82侧边界83沟槽底部P型区9内部P型区10。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步详细说明。本专利技术所揭示的是本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种碳化硅沟槽肖特基二极管器件，由下至上包括：阴极电极、衬底层、N型SiC外延层、沟槽、介质层、导电层及阳极电极，复数个的沟槽位于N型SiC外延层的顶部，介质层和导电层依次填充在沟槽内，其特征在于：还包括P型区，该P型区嵌入于部分沟槽之间并位于N型SiC外延层与阳极电极的连接处。

【技术特征摘要】
1.一种碳化硅沟槽肖特基二极管器件，由下至上包括：阴极电极、衬底层、N型SiC外延层、沟槽、介质层、导电层及阳极电极，复数个的沟槽位于N型SiC外延层的顶部，介质层和导电层依次填充在沟槽内，其特征在于：还包括P型区，该P型区嵌入于部分沟槽之间并位于N型SiC外延层与阳极电极的连接处。2.根据权利要求1所述的一种碳化硅沟槽肖特基二极管器件，其特征在于：P型区呈规律性阵列嵌入。3.根据权利要求1所述的一种碳化硅沟槽肖特基二极管器件，其特征在于：P型区的上边界突出于沟槽之上并与阳极电极相连，下边界位于沟槽顶部或之上。4.根据权利要求3所述的一种碳化硅沟槽肖特基二极管器件，其特征在于：介质层从P型区的下边界向上延伸至P型区的侧边界。5.根据权利要求1所述的一种碳化硅沟槽肖特基二极管器件，其特征在于：P型区位于N型SiC外延层内，并且P型区的上边界与阳极电极相连。6.根据权利要求1所述的一种碳化硅沟槽肖特基二极管器件，其特征在于：P型区的上边界突出于沟槽之上并与阳极电极相连，P型区的下边界位于N型SiC外延层内。7.根据权利要求1所述的一种碳化硅沟槽肖特基二极管器件，其特征在于：嵌入P型区的沟槽间距与未嵌入P型区的沟槽间距相同或不同。8.根据权利要求1所述的一种碳化硅沟槽肖特基二极管器件，其特征在于：P型区掺杂元素为B、Al或B/Al共掺杂形成，P型区的掺杂浓度范围为1E14cm-3至5E21cm-3。9.根据权利要求1所述的一种碳化硅沟槽肖特基二极管器件，其特征在于：P型区的形成方式为离子注入或外延生长。10.根据权利要求1所述的一种碳化硅沟槽肖特基二极管器件，其特征在于：介质层的材料为SiO2、Al2O3、AlN、SiN中的一种或几种的组合，导电层的材料为金属、金属硅化物、多晶硅中的一种或几种的组合。11.根据权利要求10所述的一种碳化硅沟槽肖特基二极管器件，其特征在于：多晶硅的掺杂可以为N型、P型或本征。12.一种制备如权利要求1所述碳化硅沟槽肖特基二极管器件的方法，其特征在于：包括以下步骤：N型SiC外延层层叠在衬底层上→形成P型区→形成沟槽→形成介质层和导电层→形成阴极电极和阳极电极。13.根据权利要求12所述的一种制备碳化硅沟槽肖特基二极管器件的方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤一，将N型SiC外延层层叠在衬底层上；步骤二，形成P型区：在N型SiC外延层上生长离子注入掩膜层，光刻后刻蚀离子注入掩膜层形成离子注入区窗口，离子注入形成P型区...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘胜北，蔡文必，
申请(专利权)人：厦门市三安集成电路有限公司，
类型：发明
国别省市：福建,35