结势垒肖特基整流器制造技术

在本发明专利技术的结势垒肖特基整流器中，漂移层包括第一漂移层区段和第二漂移层区段，其中第一漂移层区段的峰值净掺杂浓度为第二漂移层区段的最小净掺杂浓度的至多1/2。对于各个发射极区域，第一漂移层区段包括层区段，其接触相应的发射极区域，以在第一漂移层区段和相应的发射极区域之间形成pn结，其中这个层区段在垂直于第一漂移层区段和相应的发射极区域之间的界面的方向上的厚度为至少0.1 µm。本发明专利技术的JBS整流器在较低正向偏压下具有从单极到双极传导模式的过渡，因为静电力降低，这在正向偏压状况下本来会损害电子朝向发射极区域的运送。同时两个区段漂移层可最大程度地减小在普通JBS整流器中出现的骤回崩溃现象。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及根据权利要求1的前序部分的结势垒肖特基(Schottky)(JBS)整流器。
技术介绍
从US2006/022292A1了解到结势垒肖特基(JBS)二极管，它具有衬底和两个或更多个外延层，至少包括略微掺杂的N型顶部薄外延层和N型外延层，最顶上的外延层设置在N型外延层上。多个外延层支持二极管的闭塞电压，并且多个外延层中的各个支持大部分闭塞电压。优化至少两个顶部外延层的厚度和搀杂剂浓度会降低电容和开关损耗，同时保持对正向电压和导通电阻的影响低。从US2009/160008A1了解到半导体装置和制造半导体装置的方法，该半导体装置包括n型半导体衬底和形成于半导体衬底的上面上的上电极。p型半导体区域沿至少一个平行于衬底平面的方向重复地在半导体衬底中形成，以便在半导体衬底的上面上暴露。上电极包括：金属电极部分；以及由半导体材料制成的半导体电极部分，其带间隙比半导体衬底的带间隙更窄。半导体电极部分设置在暴露于半导体衬底的上面上的各个p型半导体区域上。金属电极部分与暴露于半导体衬底的上面上的n型半导体区域处于肖特基接触，并且与半导体电极部分处于欧姆接触。从JPH072265521A了解到具有两区段发射极区域的结势垒肖特基(JBS)二极管。发射极区域的两个区段具有不同的掺杂浓度。结势垒肖特基(JBS)整流器是混合功率装置，它将肖特基和PIN二极管结构结合在一个装置中，从而利用两种结构的优点。它的通态电阻低且闭塞能力高。基于碳化硅(SiC)的JBS整流器是替代基于硅(Si)的PIN二极管的候选物，以获得高闭塞电压。SiC材料属性允许装置具有比Si更高的电压定额和更高的运行温度。在图1中显示基于SiC的普通JBS整流器。它包括由高度掺杂的n型碳化硅制成的衬底层1。低度掺杂的n型碳化硅层是装置的漂移层2，低度掺杂的n型碳化硅层形成于衬底层1上。在JBS整流器的与衬底层1的相反的第一主侧4上的漂移层的表面附近形成多个p型发射极区域3。JBS整流器的第一主侧4是装置的阳极侧，第一主侧4由第一金属接触层5覆盖，第一金属接触层5在第一金属接触层5接触n型漂移层2的地方形成肖特基势垒，并且在第一金属接触层5接触p型发射极区域3的地方与p型发射极区域3形成欧姆接触。典型地，漂移层2在用作衬底层1的高度掺杂的n型SiC衬底晶片上在外延生长。取决于阳极和阴极之间的电压的极性，肖特基接触闭塞电流，或者允许大部分载体(n型掺杂半导体材料中的电子)通过。这两种模式对应于JBS整流器在正常运行状况下的闭塞运行和通态运行。JBS整流器的闭塞能力主要由n型掺杂漂移层的厚度和掺杂密度提供。但是，由于肖特基接触的发生，象力在高闭塞电压处的电场水平升高时降低会使电子的势垒收缩。没有p型掺杂区域的纯肖特基势垒二极管将倾向于提高高反向偏压下的泄漏电流的水平。较多数量的载体在碰撞电离期间将需要加强配对生成。因此，纯肖特基势垒二极管展现较高的泄漏电流和低击穿电压。在JBS整流器中，p型发射极区域帮助改进此情形。在反向偏压下，在p型发射极区域3和n型漂移层2之间的pn结上以与在PIN二极管中相同的方式形成耗尽层。p型掺杂发射极区域3周围的单独的耗尽区最终可彼此相连，并且在肖特基接触下方的两个相邻发射极区域3之间封闭。照这样，肖特基接触有效地得到保护免受高电场峰值的影响。因此肖特基接触与p型掺杂发射极区域3的结合将减少泄漏电流，以及允许达到比纯肖特基势垒二极管高得多的击穿电压。考虑到单极功率装置的通态电压降大，对于JBS整流器来说最重要的要求是它们可恰当地应付浪涌电流状况。在这种失效模式运行中，JBS整流器中的正向电流密度可一直提高到1000A/cm2至2000A/cm2(是正常运行中的通态电流密度的大约10倍至20倍)。由于产生的功率损失过大，所以肖特基二极管无法在不失效的情况下单独应付这个水平。在这时，当正向偏压超过大约3V至4V时，JBS整流器中的PIN二极管区段开始传导。双极方式包括产生由电子和孔组成的载体等离子体。JBS整流器中的PIN二极管部分帮助安全地应付浪涌电流情形，而不超过装置的热极限。实现此目标会对JBS阳极表面处的p型掺杂发射极区域3施加额外的不同要求。可用较狭窄的p型掺杂发射极区域3来实现控制肖特基接触处的表面电场，以提高击穿电压，而超过几微米的分离则将损害击穿电压。应付浪涌电流情形的要求需要p型掺杂发射极区域3的强烈的双极发射极动作。满足此要求最简单的办法是宽且高度p型掺杂的发射极区域3。不幸的是，这种宽发射极区域3会减小肖特基接触可用的阳极区域，并且因而导致通态电阻较高。在图5至10中显示不同的JBS整流器的电流电压特性。被称为“传统漂移层”的曲线是上面论述的普通JBS整流器的正向电流电压特性，其中在p型发射极区域3中有不同的掺杂浓度，以及在发射极区域3中有不同的宽度。在图5中，发射极区域的宽度为6μm，并且发射极区域的掺杂浓度为2×1018cm-3。在图6中，发射极区域的宽度为14μm，并且发射极区域中的掺杂浓度为2×1018cm-3。在图7中，发射极区域的宽度为6μm，并且发射极区域中的掺杂浓度为2×1019cm-3。在图8中，发射极区域的宽度为14μm，并且发射极区域中的掺杂浓度为2×1019cm-3。在图9中，发射极区域的宽度为6μm，并且发射极区域中的掺杂浓度为2×1020cm-3。在图10中，发射极区域的宽度为14μm，并且发射极区域中的掺杂浓度为2×1020cm-3。如可从图5至10中看到的那样，所有普通JBS整流器显示在低正向电流下具有正差异(differential)电阻的区域，其中电流主要传送通过肖特基势垒二极管部分(单极传导模式)。在较高的正向电流下，电流主要传送通过PIN二极管部分(双极传导模式)。在从单极传导模式到双极传导模式的过渡中，电流电压特性展现具有负差异电阻的区域。对于狭窄的短接式p发射极，例如对于发射极短接式绝缘门双极晶体管(IGBT)，这个过渡被称为在装置开启期间的骤回崩溃(snapback)现象。为了提高JBS整流器在浪涌电流状况下的寿命和稳固性，无骤回崩溃现象或骤回崩溃现象最小，以及在正向偏压下从单极传导模式过渡到双极传导模式尽可能低将是优选的。
技术实现思路
考虑到以上，本专利技术的目标是提供一种应付浪涌电流的能力得到提高的JBS整流器。特别地，本专利技术的目标是提供没有骤回崩溃现象或骤回崩溃现象最小且在正向偏压下具有从单极到双极传导模式的过渡的JBS整流器。该目标由根据权利要求1的JBS整流器实现。在从属权利要求中详细说明本专利技术的另外的发展。在根据权利要求1的结势垒肖特基整流器中，使用具有第一和第二漂移层区段的漂移层，其中，第一漂移层区段的峰值净掺杂浓度为第二漂移层区段的最小净掺杂浓度的至多1/2，以及其中，第一漂移层区段与发射极区域中的每一个接触，使得在较低的正向偏压下从单极传导模式过渡到双极传导模式，因为静电力降低，这本来会损害电子在正向偏压状况下传送向发射极区域。同时，两个区段漂移层可最大程度地减少JBS整流器中的骤回崩溃现象。...

【技术保护点】
一种结势垒肖特基整流器，包括：衬底层(1)，其具有第一导电性类型；漂移层(132A，132B)，其具有所述第一导电性类型，其中所述漂移层(132A，132B)在所述衬底层(1)上且比所述衬底层(1)具有更低峰值净掺杂浓度；多个发射极区域(133)，其在所述漂移层(132A，132B)中临近所述结势垒肖特基整流器的第一主侧(4)，各个发射极区域(133)具有不同于所述第一导电性类型的第二导电性类型；第一金属接触层(5)，其与所述漂移层(132A，132B)形成肖特基接触，并且在所述结势垒肖特基整流器的所述第一主侧(4)上与所述发射极区域(133)中的各个形成欧姆接触；以及第二金属接触层(6)，其在所述结势垒肖特基整流器的与所述第一主侧(4)相反的第二主侧(7)上与所述衬底层(1)形成欧姆接触，其中所述漂移层(132A，132B)包括第一漂移层区段(132A)和第二漂移层区段(132B)，其中所述第一漂移层区段(132A)的峰值净掺杂浓度为第二漂移层区段(132B)的最小净掺杂浓度的至多1/2，以及对于各个发射极区域(133)，所述第一漂移层区段(132A)包括层区段，其接触相应的发射极区域，以在所述第一漂移层区段和相应的发射极区域(133)之间形成pn结，其中这个层区段在垂直于所述第一漂移层区段(132A)和相应的发射极区域(133)之间的界面的方向上的厚度为至少0.1 µm，其特征在于所述发射极区域(133)中的各个包括第一发射极区段(133A)和第二发射极区段(133B)，其中所述第二发射极区域(133B)的峰值净掺杂浓度为所述第一发射极区段(133A)的峰值净掺杂浓度的至少两倍，以及在各个发射极区域(133)中，所述第二发射极区段(133B)延伸到所述第二漂移层区段(132B)，而所述第一发射极区段(133A)通过所述第一漂移层区段(132A)与所述第二漂移层区段(132B)分开。...

【技术特征摘要】
2014.12.24 EP 14200282.31.一种结势垒肖特基整流器，包括：
衬底层(1)，其具有第一导电性类型；
漂移层(132A，132B)，其具有所述第一导电性类型，其中所述漂移层(132A，132B)在所述衬底层(1)上且比所述衬底层(1)具有更低峰值净掺杂浓度；
多个发射极区域(133)，其在所述漂移层(132A，132B)中临近所述结势垒肖特基整流器的第一主侧(4)，各个发射极区域(133)具有不同于所述第一导电性类型的第二导电性类型；
第一金属接触层(5)，其与所述漂移层(132A，132B)形成肖特基接触，并且在所述结势垒肖特基整流器的所述第一主侧(4)上与所述发射极区域(133)中的各个形成欧姆接触；以及
第二金属接触层(6)，其在所述结势垒肖特基整流器的与所述第一主侧(4)相反的第二主侧(7)上与所述衬底层(1)形成欧姆接触，
其中所述漂移层(132A，132B)包括第一漂移层区段(132A)和第二漂移层区段(132B)，其中所述第一漂移层区段(132A)的峰值净掺杂浓度为第二漂移层区段(132B)的最小净掺杂浓度的至多1/2，以及
对于各个发射极区域(133)，所述第一漂移层区段(132A)包括层区段，其接触相应的发射极区域，以在所述第一漂移层区段和相应的发射极区域(133)之间形成pn结，其中这个层区段在垂直于所述第一漂移层区段(132A)和相应的发射极区域(133)之间的界面的方向上的厚度为至少0.1μm，
其特征在于
所述发射极区域(133)中的各个包括第一发射极区段(133A)和第二发射极区段(133B)，其中所述第二发射极区域(133B)的峰值净掺杂浓度为所述第一发射极区段(133A)的峰值净掺杂浓度的至少两倍，以及
在各个发射极区域(133)中，所述第二发射极区段(133B)延伸到所述第二漂移层区段(132B)，而所述第一发射极区段(133A)通过所述第一漂移层区段(132A)与所述第二漂移层区段(132B)分开。
2.根据权利要求1所述的结势垒肖特基整流器，其特征在于，所述第一漂移层区段(132A)与所述第一金属接触层(5)形成所述肖特基接触且分开所述第一金属接触层(5)与所述第二漂移层区...

【专利技术属性】
技术研发人员：F鲍尔，A米海拉，
申请(专利权)人：ABB技术有限公司，
类型：发明
国别省市：瑞士;CH