高压碳化硅肖特基二极管倒装芯片阵列制造技术

一种碳化硅芯片阵列包括碳化硅衬底、在碳化硅衬底的顶部的碳化硅层、连接到碳化硅衬底的第一金属接触件、以及分别连接到第一部分和第二部分的两个第二金属接触件。碳化硅层比碳化硅衬底更薄，并具有更低的掺杂度。碳化硅层包括彼此分离的第一部分和第二部分。每个第二金属接触件与第一金属接触件都形成一个半导体器件。第一部分和第二部分中的至少一个包含一个相对于碳化硅衬底而倾斜的侧面。这种结构提高了击穿电压，并降低了所得碳化硅二极管阵列的漏电流。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】高压碳化硅肖特基二极管倒装芯片阵列
本专利技术涉及半导体器件，特别涉及碳化硅二极管。
技术介绍
二极管对(Diodepairs)通常应用于电源，如AC/AC转换器。例如，AC/AC转换器可以包含双向开关1(如图1所示)，其有两个二极管3，这两个二极管3的阴极5和两个绝缘栅双极型晶体管(IGBT)9的集电极7全部连接在一起，而两个二极管3的阳极11分别连接到两个IGBT9的发射极13。这两个二极管3形成上述双向开关1中的一对二极管对。实现二极管对的常用方法是使用形成阵列的碳化硅(SiC)二极管。碳化硅允许制造肖特基二极管。这些二极管的静态性能与由硅制造的那些二极管相当。而且，基于碳化硅的肖特基二极管不会遭受开关损耗。但是，现有的碳化硅二极管经常遇到其他问题，包括但不限于较大的正向漏电流和较小的反向击穿电压，这降低了碳化硅二极管的性能。
技术实现思路
鉴于上述背景，本专利技术的目的是提供一种替代的碳化硅二极管阵列，其能够消除或至少缓解上述技术问题。上述目的是通过主要权利要求的特征组合来实现；从属权利要求还披露了本专利技术的其他有利实施例。本领域技术人员将从以下描述获得本专利技术的其他目的。因此，上述目的陈述不是穷尽的，而仅是用于说明本专利技术众多目的中的一些目的。因此，本专利技术一方面提供一种碳化硅芯片阵列，其包含碳化硅衬底；在碳化硅衬底的顶部的碳化硅层；连接到碳化硅衬底的第一金属接触件；以及分别连接到第一部分和第二部分的两个第二金属接触件。其中碳化硅层比碳化硅衬底更薄，并具有更低的掺杂度。碳化硅层包括彼此分离的第一部分和第二部分。每个第二金属接触件与第一金属接触件都形成一个半导体器件。第一部分和第二部分中的至少一个包含相对于碳化硅衬底而倾斜的侧面。优选地，第一部分和第二部分各自包含彼此相对的一个侧面。第一个金属接触件位于两个侧面之间。更优选地，第一部分和第二部分中的至少一个还至少部分地沿侧面包含多个P-型碳化硅。根据优选实施例的一个变型，多个P-型碳化硅埋藏在侧面下方一定距离处。或者，多个P-型碳化硅的边缘与所述侧面基本接触。根据优选实施例的另一变型，第一金属接触件用作公共阴极，而第二金属接触件用作阳极。根据优选实施例的另一变型，半导体器件是二极管，使得碳化硅芯片阵列形成一对二极管对。在一个具体实施方式中，第一金属接触件或第二金属接触件是通过种子层沉积和随后电镀形成的。在另一个具体实施方式中，倾斜槽深度为2μm至300μm。在另一个具体实施方式中，碳化硅芯片阵列还包含在碳化硅衬底的顶部的电介质层，电介质层完全封装住碳化硅层。优选地，电介质层是由适于防止第一金属接触件与侧面之间反向漏电流或击穿的材料制成的。在另一个具体实施方式中，第一金属接触件或第二金属接触件是由选自以下的金属制成的：钛(Ti)、镍(Ni)、氮化钛(TiN)、钛铝(TiAl)和铂(Pt)。在另一个具体实施方式中，侧面与碳化硅衬底的顶面形成一个等于或大于45°的角度。在本专利技术的另一方面，一种制作碳化硅芯片阵列的方法包括以下步骤：在碳化硅衬底的顶部上提供碳化硅层，其中碳化硅层比碳化硅衬底更薄，并具有更低的掺杂度；从碳化硅层形成第一部分和第二部分，其中第一部分和第二部分中的至少一个包括一个相对于碳化硅衬底倾斜的侧面；在碳化硅衬底上形成第一金属板；并分别在第一部分和第二部分上形成两个第二金属板。优选地，形成第一部分和第二部分的步骤还包括掩模和蚀刻的步骤。更优选地，本方法还包括步骤：至少部分地沿侧面形成多个P-型碳化硅。在一个具体实施方式中，形成多个P-型碳化硅的步骤还包括注入P-型杂质并进行退火。在另一个具体实施方式中，形成多个P-型碳化硅的步骤还包括步骤：在碳化硅层的顶部上生长额外层以覆盖P-型碳化硅。在另一个具体实施方式中，本方法还包括在碳化硅层上沉积电介质材料层的步骤。附图说明结合以下附图并以示例方式而提供的优选实施例描述，本专利技术的前述和其它特征将变得显而易见，其中：图1是传统双向开关的示意图。图2是本专利技术第一实施例的碳化硅二极管阵列的横截面图。图3是本专利技术另一实施例的碳化硅二极管阵列的横截面图。图4显示形成图2的碳化硅二极管阵列的方法步骤。图5显示形成图3的碳化硅二极管阵列的方法步骤。图6显示分别在倾斜的侧面上仅有一个和多个P-型碳化硅的碳化硅二极管阵列的模拟结果比较。图7显示倾角分别小于45°以及等于或大于45°的碳化硅二极管阵列的模拟结果比较。在附图里，在此所述的几个实施例中，相同附图标记表示相同部分。具体实施方式在权利要求和本专利技术的描述中，除了由于表达语言或必要暗示所引起的上下文另行需要之外，词语“包括”或其变体如“包含”是包容性含义，例如指明所述特征的存在，但不排除在本专利技术的各种实施例中呈现或添加其他特征。如本专利技术和权利要求书中所使用的，“耦合”或“连接”是指直接地或经由一个或多个电气器件间接地电耦合或连接，除非另有说明。术语诸如“水平”、“垂直”、“向上”、“向下”、“高于”、“低于”以及本专利技术使用的类似术语是为了将本专利技术描述为处于其正常使用朝向的目的，而不是意图将本专利技术限制为任何特定方向。现参照图2，本专利技术的第一实施例中，碳化硅二极管阵列包括碳化硅衬底20作为器件的下层结构。本专利技术技术人员将理解，碳化硅衬底20是由SiC晶圆制成，碳化硅衬底20是n+型。在碳化硅衬底20的顶部上，有一个n-型碳化硅层，其被分成两个部分24。碳化硅层比碳化硅衬底20更薄，并具有比碳化硅衬底20更低的掺杂度。两个部分24彼此没有物理连接，而是通过在它们之间的公共阴极28彼此分开。如图2所示，碳化硅层的每个部分24呈现一个梯形形状。这是因为每个部分24的两个侧面32都分别相对于碳化硅衬底20倾斜，使得侧面32与碳化硅衬底20形成一锐角。该锐角优选等于或大于45°，更优选在45°～60°的范围内。多个P-型碳化硅30被配置在每个部分24的顶面36以及两个侧面32上。例如，P-型碳化硅30可以通过P-型杂质注入来形成，然后进行退火，这将在稍后详细描述。P-型碳化硅30被注入到低于上述面的位置，但是每一个P-型碳化硅30都有一个边缘基本上与上述面接触。如图2所示，P-型碳化硅30均匀分布在顶面36上，而在每个侧面32上有两个P-型碳化硅30。阴极28是以第一金属板的形式沉积在碳化硅衬底20上。该金属可以是能与碳化硅衬底20形成肖特基结的任何合适类型。这种材料的示例包括钛(Ti)、镍(Ni)、氮化钛(TiN)、钛铝(TiAl)、铂(Pt)等。类似的第二金属板连接到碳化硅层的部分24的顶面36，第二金属板分别形成两个阳极26。阴极28和阳极26都通过种子层沉积和随后的电镀而形成在相应金属板上，稍后将详细描述。电介质材料层22也沉积在碳化硅衬底20的顶部上，电介质层22完全封装住碳化硅层的上述部分24，使得顶面36也被电介质层22覆盖。电介质层22是由防止公共阴极28和侧面32之间的反向漏电流或击穿的材料制成的。电介质层22不覆盖整个阴极28和阳极26，阴极28和阳极26从电介质层22突出来，以便用于倒装芯片键合的目的。如上所述的碳化硅二极管阵列包含许多优点。例如，通过配置顶部阳极和阴极结构，阳极和阴极连接到碳化硅衬底和/或碳化硅层的顶面，所得到的碳化硅阵列已准备好用于应用倒本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种碳化硅芯片阵列，包括：a)碳化硅衬底；b)碳化硅层，其在所述碳化硅衬底的顶部，所述碳化硅层比所述碳化硅衬底更薄，并具有更低的掺杂度；所述碳化硅层包括彼此分离的第一部分和第二部分；c)第一金属接触件，其连接到所述碳化硅衬底；d)两个第二金属接触件，其分别连接到所述第一部分和所述第二部分，每个所述第二金属接触件与所述第一金属接触件都形成一个半导体器件；其中所述第一部分和所述第二部分中的至少一个包含一个相对于所述碳化硅衬底而倾斜的侧面。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2018.03.27 US 15/936,9031.一种碳化硅芯片阵列，包括：a)碳化硅衬底；b)碳化硅层，其在所述碳化硅衬底的顶部，所述碳化硅层比所述碳化硅衬底更薄，并具有更低的掺杂度；所述碳化硅层包括彼此分离的第一部分和第二部分；c)第一金属接触件，其连接到所述碳化硅衬底；d)两个第二金属接触件，其分别连接到所述第一部分和所述第二部分，每个所述第二金属接触件与所述第一金属接触件都形成一个半导体器件；其中所述第一部分和所述第二部分中的至少一个包含一个相对于所述碳化硅衬底而倾斜的侧面。2.根据权利要求1所述的碳化硅芯片阵列，其中所述第一部分和所述第二部分各自包括一个彼此相对的所述侧面，所述第一金属接触件位于两个所述侧面之间。3.根据权利要求1所述的碳化硅芯片阵列，其中所述第一部分和所述第二部分中的至少一个还至少部分地沿着所述侧面包含多个P-型碳化硅。4.根据权利要求3所述的碳化硅芯片阵列，所述多个P-型碳化硅埋藏在所述侧面下方一定距离处。5.根据权利要求3所述的碳化硅芯片阵列，其中所述多个P-型碳化硅的边缘与所述侧面基本接触。6.根据权利要求1所述的碳化硅芯片阵列，其中所述第一金属接触件用作公共阴极，而所述第二金属接触件用作阳极。7.根据权利要求6所述的碳化硅芯片阵列，其中所述半导体器件是二极管，使得所述碳化硅芯片阵列形成二极管对。8.根据权利要求1所述的碳化硅芯片阵列，其中所述第一金属接触件或所述第二金属接触件是通过种子层沉积和随后电镀而形成的。9.根据权利要求1所述的碳化硅芯片阵列，其中倾斜槽深度为2μm至300μm。1...

【专利技术属性】
技术研发人员：王兆伟，丘树坚，
申请(专利权)人：香港应用科技研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：中国香港,81