偏移场板结构的4H-SiC PiN/肖特基二极管及其制作方法技术

本发明专利技术公开了一种偏移场板结构的４Ｈ－ＳｉＣ　ＰｉＮ／肖特基二极管。它包括Ｎ↑［＋］４Ｈ－ＳｉＣ衬底和同型Ｎ↑［－］外延层；衬底背面设有Ｎ型欧姆接触；Ｎ↑［－］外延层上设有多个同心环形Ｐ↑［＋］区域，这些同心环形Ｐ↑［＋］区域分为外部同心圆环和内部同心圆环；各内部同心圆环及环间隔区域的上方设有Ｐ型欧姆接触和肖特基接触；各外部同心圆环及其间隔区域的上方设有Ｐ型欧姆接触和ＳｉＯ↓［２］钝化层；在该ＳｉＯ↓［２］钝化层上方设有场板。其制作过程是：在４Ｈ－ＳｉＣ衬底正面生长Ｎ↑［－］外延层；在Ｎ↑［－］型外延层制作同心环形Ｐ↑［＋］区域、ＳｉＯ↓［２］钝化层、肖特基接触、Ｐ型欧姆接触和场板；在４Ｈ－ＳｉＣ衬底背面制作Ｎ型欧姆接触。本发明专利技术可用于大功率整流器及ＰＦＣ电路。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于微电子器件
，特别是涉及一种二极管结构及其制作方 法，可用于大功率整流器及PFC电路。
技术介绍
SiC材料作为第三代半导体材料，相对于以Si为代表的第一代半导体材料和 以GaAs为代表的第二代半导体材料具有相当多的优势，由于其具有较大的禁带 宽度，可在更高温度下工作，同时有助于大功率器件的制备，大的载流子饱和 漂移速度和迁移率，为器件的响应速度提供了良好的基础。目前，SiC器件的研 制已经成为半导体器件电路领域的研究热点。在功率系统中， 一个好的整流器需要小开启电压、大导通电流、低漏电流， 高击穿电压以及高开关速度。二极管和肖特基二极管SBD是最常用的两种功率 整流器。单极型的肖特基二极管SBD比双极型的PiN二极管有更快的开关速度， 然而，肖特基二极管的反向漏电流大、击穿电压低，并不适合高压应用，所以 PiN二极管是最早应用于高压系统的合理选择。正向导通时存储在漂移区的大量 电荷引起的长反向恢复时间是限制PiN速度的主要因素，虽然可以通过减少漂移 区的少子寿命来提高PiN的速度，但这会造成正向压降和反向漏电流的增加。如果有一种器件能够同时具备PiN和SBD的优点，即具有SBD的小开启电压、 大导通电流、快开关速度，又具有PiN的低漏电流、高击穿电压，这将是最好的 选择。为此，学者Wiliamovski和Baliga为了提高肖特基二极管的反向阻断特性 而首先使用了 JBS(Junction Barrier Schottky)的概念；Baliga为了改善高压硅整流 器的正向和反向特性而提出了MPS(MergedPiN/Schotky)结构，将PN结集成在肖 特基结构中，当MPS反偏时，PN结形成的耗尽区将会向沟道区扩散，在一定反 偏电压下，耗尽区就会连通，从而在沟道区形成一个势垒使耗尽层随着反向偏 压的增加向N^寸底方向扩展。这个耗尽区将肖特基界面屏蔽于高场之外，避免 了肖特基势垒降低效应，使反向漏电流大大减小。MPS的正向特性类似SBD， 只是电流密度由于P型区的原因而略小，而反向特性则更像PiN二极管。另外，采用MPS结构可灵活地选择势垒低的金属作为肖特基接触，不用担心反向漏电 流会增加。理想的器件击穿电压是指PN结为平行平面结的情况，由于没有考虑结终端 效应的影响，这时器件的击穿电压仅由掺杂浓度和衬底厚度等器件参数决定。 但是，由于实际器件的情况，以及生产工艺流程中某些因素的影响，使得实际 器件的击穿电压要低于理想平行平面结的击穿电压。对于实际的器件，为达到 理想的设计必须考虑结终端效应，如果结终端设计的不好，器件的击穿电压可 能仅为理想情况的10~20% 。随着对结终端的大量深入的研究产生了许许多多新颖的结终端的设计方 法。对于早期的功率整流器和晶闸管，由于芯片面积比较大，所以往往通过斜 角法或者化学刻蚀把它们做成台面结的形状，减小表面电场强度，从而使击穿 发生于体内，但是采用以上所述的边界终端具有工艺难度大，制作复杂的缺点。 随着平面工艺的出现，平面结终端技术因为工艺简单，易于与平面工艺兼容等 原因得到了越来越广泛的应用，其中主要包括结终端扩展、场限环技术和场 板技术。场限环技术和场板技术是使用最为广泛的终端技术，但是场限环终端 对于界面电荷十分敏感，而场板技术则很难达到很高的反向击穿电压。偏移场 板作为一种场限环加场板的复合结构，能够避免场限环终端对界面电荷非常敏 感的缺点，并能够达到较高的反向击穿电压，但这种结构在SiC MPS器件上的 应用至今尚无实例。本专利技术针对这一情况，提出了一种偏移场板结构的4H-SiC PiN/肖特基二极 管的结构及其制作方法。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对非平面工艺制作的边界终端制作难度大的缺点，提出 了一个，以避免界面电 荷对场限环终端的影响，提高反向击穿电压。为实现上述目的，本专利技术提供的偏移场板结构的4H-SiC PiN/肖特基二极 管，包括N"4H-SiC衬底和同型N—外延层，4H-SiC衬底背面设有N型欧姆接 触，其中N'外延层上设有n个同心环形P+区域，n^2,这些同心环形P+区域按照直径的大小分为外部同心圆环和内部同心圆环；所述同心环形P+区域的各内部同心圆环的上方设有P型欧姆接触，各内部 同心圆环间隔的区域上方设有肖特基接触；所述同心环形P+区域的各外部同心圆环的上方设有P型欧姆接触，各外部同心 圆环间隔的区域上方设有Si02钝化层，该Si02钝化层上方设有场板。为实现上述目的，本专利技术提供的偏移场板结构的4H-SiCPiN/肖特基二极管 制作方法，包括如下步骤(1) 对4H-SiC衬底进行预处理，并在预处理后的4H-SiC衬底正面生长 N—外延层；(2) 在N-型外延层上采用Ni/Au金属层作为阻挡层，进行2~5次能量为 30keV 550keV的Al离子注入，并在1500°C~1700°C的氩气环境中进行离子激 活退火10 20分钟，形成11 24个同心环形P+区域，其中内部的10~20个同心 环形P+区域为内部同心圆环，外部的1 4个同心环形P+区域为外部同心圆环；(3) 在预处理后的4H-SiC衬底背面直接溅射Ti/Ni/Pt金属，并通过退火 形成N型欧姆接触；(4) 在衬底正面通过LPCVD淀积Si02钝化层，通过涂胶光刻开窗，刻蚀 掉内部同心圆环以及圆环间隔区域上方所有的Si02钝化层，同时刻蚀掉外部同 心圆环上方所有的Si02钝化层；(5)在形成Si02钝化层的衬底表面通过涂胶光刻形成图形区域，再通过溅射 Ti/Ni/Al金属直接制作P型欧姆接触和肖特基接触，最后通过剥离形成场板结 构。本专利技术具有如下优点1) 本专利技术由于采用了偏移场板结构的边界终端，可以通过平面工艺完成整 个器件的制作；2) 本专利技术由于在制作过程中取消了附加的工艺过程,减小了工艺的复杂度， 并有效减少了由于多步工艺而引起的误差以及引入其他影响因素的可能性；3) 本专利技术由于采用了偏移场板结构的边界终端，能够避免界面电荷对场限 环终端的影响，从而改善器件的性能。4) 本专利技术由于采用了偏移场板结构的边界终端，能够降低对于钝化层质量6的要求，从而减小钝化层在制作时候的难度。 附图说明图l是本专利技术器件结构剖面图； 图2是本专利技术制作方法流程图3本专利技术的器件在不同Si02钝化层厚度下的反向I-V特性曲线图； 图4本专利技术的器件在不同偏移场板个数下的反向I-V特性曲线图； 图5本专利技术的器件在不同场限环间距下的反向I-V特性曲线图。 具体实施方法参照图1，本专利技术的器件包括^4H-SiC衬底，该衬底厚度为380士5nm， 在该1ST 4H-SiC衬底正面设有厚度为10|im的同型N—外延层；该N—外延层上设 有11 24个同心环形P+区域，这些同心环形P+区域按照直径的大小分为外部同 心圆环和内部同心圆环，其中内部的10 20个同心圆环环宽相同，均为 2.5pm~4|im，各内部同心圆环间间距相同，均为2.5(im 4^im，外部的1 4个同 心圆环环宽相同，均为5pm l(^m，各外部同心圆环间间距相同，均为 6nm 10(im;在各内部同心圆环的上方设有P型欧姆接触，各内部同心圆环间 隔的区域上方设有肖特基接触，且该P型欧姆接触与肖特基接触相连；在各本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种偏移场板结构的４Ｈ－ＳｉＣ　ＰｉＮ／肖特基二极管，包括Ｎ↑［＋］　４Ｈ－ＳｉＣ衬底和同型Ｎ↑［－］外延层，４Ｈ－ＳｉＣ衬底背面设有Ｎ型欧姆接触，其特征在于：　Ｎ↑［－］外延层上设有ｎ个同心环形Ｐ↑［＋］区域，ｎ≥２，这些同心环形Ｐ ↑［＋］区域按照直径的大小分为外部同心圆环和内部同心圆环；　所述同心环形Ｐ↑［＋］区域的各内部同心圆环的上方设有Ｐ型欧姆接触，各内部同心圆环间隔的区域上方设有肖特基接触；　所述同心环形Ｐ↑［＋］区域的各外部同心圆环的上方设有Ｐ型 欧姆接触，各外部同心圆环间隔的区域上方设有ＳｉＯ↓［２］钝化层，该ＳｉＯ↓［２］钝化层上方设有场板。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张玉明，陈丰平，吕红亮，王悦湖，张林，郑庆立，宋庆文，张义门，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：87[中国|西安]