一种大电流低正向压降碳化硅肖特基二极管芯片及其制备方法技术

本申请提供了一种大电流低正向压降碳化硅肖特基二极管芯片，包括背面层状金属电极、正面层状金属电极、欧姆接触层、衬底、外延层一、外延层二、P型保护环、N型离子注入层、肖特基金属Pt层、环状钝化层以及环状聚酰亚胺膜；本申请还提供了一种大电流低正向压降碳化硅肖特基二极管芯片的制备方法；本申请通过采用PN结和肖特基结并联设计、双层外延生长、离子注入氮离子掺杂、使用肖特基金属Pt在大电流下产生大注入效应，降低了外延层电阻率，实现了大电流下低正向压降肖特基二极管的制作，从而克服了现有技术中选择低势垒金属和增大版图面积在降低器件正向压降的同时增大器件反向漏电流，降低器件成品率，增加制造成本的不足。

【技术实现步骤摘要】
一种大电流低正向压降碳化硅肖特基二极管芯片及其制备方法
本专利技术涉及半导体器件
，尤其是涉及一种大电流低正向压降碳化硅肖特基二极管芯片及其制备方法。
技术介绍
基于宽禁带半导体材料的碳化硅肖特基二极管，弥补了硅肖特基二极管器件的不足，其10倍于硅材料的临界击穿电场强度确保可以工作在更高的反向电压下，同时碳化硅肖特基二极管具有更低的导通电阻，快速的开关特性和高温工作特性，使之成为高压快速、耐高温和低功耗等条件下的理想器件。碳化硅肖特基二极管能提供近乎理想的动态性能，工作过程中没有电荷储存，反向恢复电流仅由它的耗尽层结电容造成，其反向恢复电荷以及其反向恢复损耗比硅超快恢复二极管要低一到两个数量级。在常温下，碳化硅肖特基二极管的导通电阻具有正温度系数，有利于将多个碳化硅肖特基二极管并联。在二极管单芯片面积和电流受限的情况下，这可以大幅度提高碳化硅肖特基二极管的容量，使它在较大容量中的应用成为可能。传统技术中，肖特基二极管选择低势垒金属和增大势垒面积减小正向压降，但使用低势垒金属和增大势垒面积使肖特基二极管漏电流增大，器件结温降低；在制造过程中增大版图尺寸，单个芯片尺寸越大，出现缺陷的几率越大，不利于成本率的提高，影响器件的可靠性和一致性；增大单个芯片的版图面积，减少了晶圆片的出芯数，增加了器件成本。因此，如何克服现有技术中选择低势垒金属和增大版图面积在降低器件正向压降的同时增大了器件反向漏电流，降低了器件成品率，增加了制造成本的不足，是本领域技术人员亟需解决的问题。
技术实现思路
本专利技术实施例的目的在于提供一种大电流低正向压降碳化硅肖特基二极管芯片。本专利技术实施例的另外一个目的是提供一种大电流低正向压降碳化硅肖特基二极管芯片的制备方法。为解决上述的技术问题，本专利技术提供的技术方案为：一种大电流低正向压降碳化硅肖特基二极管芯片，包括背面层状金属电极、正面层状金属电极、欧姆接触层、衬底、外延层一、外延层二、P型保护环、N型离子注入层、肖特基金属Pt层、环状钝化层以及环状聚酰亚胺膜；所述背面层状金属电极、欧姆接触层、衬底、外延层一以及外延层二从下往上依次叠加，所述衬底的上表面上设置有外延层一，所述外延层一的上表面上设置有所述外延层二，所述衬底的下表面上淀积设置有所述欧姆接触层，所述欧姆接触层的下表面上淀积设置有所述背面层状金属电极；所述外延层二的上表面处通过离子注入设置有P型保护环；所述外延层二的且位于所述P型保护环的环内的上表面处通过离子注入设置有所述N型离子注入层，且所述N型离子注入层填满所述P型保护环的内环；所述环状钝化层设置在所述外延层二的上表面上且所述环状钝化层的下环状表面的内圈遮盖所述P型保护环的上环状表面的外圈；所述N型离子注入层的上表面上淀积设置有所述肖特基金属Pt层，且所述肖特基金属Pt层填满所述环状钝化层的内环；所述正面层状金属电极覆盖着所述肖特基金属Pt层的上表面以及所述环状钝化层的上环状表面的内圈；所述环状聚酰亚胺膜覆盖着所述正面层状金属电极的上表面以及所述环状钝化层的上环状表面的外圈且外露出所述正面层状金属电极的上表面的中间区域。优选的，所述P型保护环为Al离子掺杂P型保护环。优选的，所述N型离子注入层为氮离子掺杂N型离子注入层。优选的，所述正面层状金属电极为Al金属层或Au金属层。优选的，所述背面层状金属电极包括从上到下依次叠加的Ni金属层与Ag金属层。优选的，所述环状钝化层为二氧化硅层、氮化硅层或二氧化硅与氮化硅的混合物层。优选的，所述欧姆接触层为金属镍层，厚度为200nm到300nm。一种上述的大电流低正向压降碳化硅肖特基二极管芯片的制备方法，包括以下步骤：1)N型碳化硅衬底上生长外延层一与外延层二：衬底为N型碳化硅材料，在所述衬底的上表面上生长出外延层一，然后再在所述外延层一的上表面上生长出外延层二；所述外延层一的材质为N型碳化硅材料，厚度为0.5μm到2μm，掺杂浓度为1017cm-3；所述外延层二的材质为N型碳化硅材料，厚度为5μm到20μm，掺杂浓度为1015cm-3；2)生长氧化层：在所述外延层二的上表面上热氧化出一层二氧化硅材质的氧化层；3)离子注入P型：首先涂覆光刻胶，然后使用掩膜板光刻出P型掺杂区域，然后向所述外延层二的上表面处进行离子注入形成P型保护环；4)离子注入N型：首先涂覆光刻胶，然后使用掩膜板光刻出N型掺杂区域，然后向所述外延层二的且位于所述P型保护环的环内的上表面处进行离子注入形成N型离子注入层；5)激活退火：离子注入后，首先去除所述氧化层，然后进行激活退火：6)背面欧姆接触：在所述衬底的背面上淀积金属形成欧姆接触层，然后在氢气或氮气气氛中进行退火；7)淀积钝化层：在所述外延层二的上表面上淀积钝化层，然后再用干法刻蚀钝化层图形以去除肖特基区域的钝化层；8)溅射金属势垒：在步骤7)的去除钝化层后得到的加工中间件的上表面上溅射肖特基金属Pt；9)退火：溅射完肖特基金属Pt后在氮气和氢气氛围中进行退火，退火后去除表面未反应的金属Pt，形成肖特基金属Pt层；10)淀积正面层状金属电极：在步骤9)的退火后得到的加工中间件的上表面上淀积金属，形成正面层状金属电极；11)反刻金属电极区域：对所述正面层状金属电极进行刻蚀，将所述正面层状金属电极的外围一圈刻蚀去掉露出钝化层以形成区域化金属电极；12)淀积背面层状金属电极：在步骤11)制得的加工中间件的背面上淀积金属，形成背面层状金属电极；13)涂覆聚酰亚胺膜：在步骤12)的退火后得到的加工中间件的上表面上涂覆聚酰亚胺膜，完成后制得所述碳化硅肖特基二极管芯片。优选的，步骤3)中，离子注入的掺杂离子为Al离子。优选的，步骤4)中，离子注入形成N型离子注入层的掺杂离子为氮离子，掺杂浓度控制在1016cm-3范围内。本申请提供了一种大电流低正向压降碳化硅肖特基二极管芯片，包括背面层状金属电极、正面层状金属电极、欧姆接触层、衬底、外延层一、外延层二、P型保护环、N型离子注入层、肖特基金属Pt层、环状钝化层以及环状聚酰亚胺膜；本申请还提供了一种大电流低正向压降碳化硅肖特基二极管芯片的制备方法；本申请提供的碳化硅肖特基二极管芯片结构由PN结和肖特基结构成，从效果上相当于PN结和肖特基结并联，肖特基二极管的正向压降由肖特基结决定，在肖特基二极管正向导通时，肖特基结的导通压降小于PN结的导通压降，肖特基结优先导通，PN结二极管对肖特基二极管的正向压降无影响，肖特基二极管的正向压降取决于肖特基结处的势垒高度、电阻率、外延层厚度以及肖特基结结面积，肖特基二极管的反向偏压由PN结决定，在反向时，PN结增大了肖特基二极管边缘耗尽层的曲率半径，使边缘电场减弱，改善了肖特基二极管的反向偏压，肖特基二极管的反向偏压取决于PN结处的外延片电阻率及空间电荷区耗尽情况，本申请在不改变肖特基二极管反向偏压(反向偏压由PN结处的N-浓度决定)的前提下，改变肖特基界面下的外延层电阻率，减小了肖特基二极管的正向压降；且采用双层外延生长、离子注入低剂量氮离子掺杂、使用高复合中心的势垒金属在大电流下产生大注入效应，降低了外延层电阻率，实现了大电流下低正向压降肖特基二极管的制作；从而克服了现有技术中选择低势垒金属和增大版图面积在降低器件正向压降的同时增大器件反向本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种大电流低正向压降碳化硅肖特基二极管芯片，其特征在于，包括背面层状金属电极、正面层状金属电极、欧姆接触层、衬底、外延层一、外延层二、P型保护环、N型离子注入层、肖特基金属Pt层、环状钝化层以及环状聚酰亚胺膜；所述背面层状金属电极、欧姆接触层、衬底、外延层一以及外延层二从下往上依次叠加，所述衬底的上表面上设置有外延层一，所述外延层一的上表面上设置有所述外延层二，所述衬底的下表面上淀积设置有所述欧姆接触层，所述欧姆接触层的下表面上淀积设置有所述背面层状金属电极；所述外延层二的上表面处通过离子注入设置有P型保护环；所述外延层二的且位于所述P型保护环的环内的上表面处通过离子注入设置有所述N型离子注入层，且所述N型离子注入层填满所述P型保护环的内环；所述环状钝化层设置在所述外延层二的上表面上且所述环状钝化层的下环状表面的内圈遮盖所述P型保护环的上环状表面的外圈；所述N型离子注入层的上表面上淀积设置有所述肖特基金属Pt层，且所述肖特基金属Pt层填满所述环状钝化层的内环；所述正面层状金属电极覆盖着所述肖特基金属Pt层的上表面以及所述环状钝化层的上环状表面的内圈；所述环状聚酰亚胺膜覆盖着所述正面层状金属电极的上表面以及所述环状钝化层的上环状表面的外圈且外露出所述正面层状金属电极的上表面的中间区域。...

【技术特征摘要】
1.一种大电流低正向压降碳化硅肖特基二极管芯片，其特征在于，包括背面层状金属电极、正面层状金属电极、欧姆接触层、衬底、外延层一、外延层二、P型保护环、N型离子注入层、肖特基金属Pt层、环状钝化层以及环状聚酰亚胺膜；所述背面层状金属电极、欧姆接触层、衬底、外延层一以及外延层二从下往上依次叠加，所述衬底的上表面上设置有外延层一，所述外延层一的上表面上设置有所述外延层二，所述衬底的下表面上淀积设置有所述欧姆接触层，所述欧姆接触层的下表面上淀积设置有所述背面层状金属电极；所述外延层二的上表面处通过离子注入设置有P型保护环；所述外延层二的且位于所述P型保护环的环内的上表面处通过离子注入设置有所述N型离子注入层，且所述N型离子注入层填满所述P型保护环的内环；所述环状钝化层设置在所述外延层二的上表面上且所述环状钝化层的下环状表面的内圈遮盖所述P型保护环的上环状表面的外圈；所述N型离子注入层的上表面上淀积设置有所述肖特基金属Pt层，且所述肖特基金属Pt层填满所述环状钝化层的内环；所述正面层状金属电极覆盖着所述肖特基金属Pt层的上表面以及所述环状钝化层的上环状表面的内圈；所述环状聚酰亚胺膜覆盖着所述正面层状金属电极的上表面以及所述环状钝化层的上环状表面的外圈且外露出所述正面层状金属电极的上表面的中间区域。2.根据权利要求1所述的碳化硅肖特基二极管芯片，其特征在于，所述P型保护环为Al离子掺杂P型保护环。3.根据权利要求1所述的碳化硅肖特基二极管芯片，其特征在于，所述N型离子注入层为氮离子掺杂N型离子注入层。4.根据权利要求1所述的碳化硅肖特基二极管芯片，其特征在于，所述正面层状金属电极为Al金属层或Au金属层。5.根据权利要求1所述的碳化硅肖特基二极管芯片，其特征在于，所述背面层状金属电极包括从上到下依次叠加的Ni金属层与Ag金属层。6.根据权利要求1所述的碳化硅肖特基二极管芯片，其特征在于，所述环状钝化层为二氧化硅层、氮化硅层或二氧化硅与氮化硅的混合物层。7.根据权利要求1所述的碳化硅肖特基二极管芯片，其特征在于，所述欧姆接触层为金属镍层，厚度为200nm到300nm。8.一种权利要求1所述的大电流低正向压降碳化硅肖特基二极管芯片的制备方...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋迎新，朱坤存，杨晓亮，单维刚，沈中堂，李东华，
申请(专利权)人：济南晶恒电子有限责任公司，
类型：发明
国别省市：山东,37