一种具有沟槽结构的碳化硅结势垒肖特基二极管制造技术

本发明专利技术涉及一种具有沟槽结构的碳化硅结势垒肖特基二极管，属于半导体器件技术领域。本发明专利技术的器件在传统JBS器件结构基础上引入肖特基接触区下沟槽结构，减小了JBS区内主结边缘峰值电场大小，平缓了器件击穿时主结边缘电场分布，提高了器件的反向耐压大小，也提高了器件的正向导通电流大小，同时该结构在大电流且器件的肖特基接触区很宽时，可以达到比传统SiC JBS器件更大的击穿电压值，而反向漏电流变化并不明显，解决了JBS器件在大电流下且肖特基接触区很宽时反向击穿电压特性差等问题。

A silicon carbide junction barrier Schottky diode with groove structure

【技术实现步骤摘要】
一种具有沟槽结构的碳化硅结势垒肖特基二极管
本专利技术属于半导体器件
，具体涉及一种具有沟槽结构的碳化硅结势垒肖特基二极管。
技术介绍
宽禁带半导体材料——碳化硅(SiC)是制备高压电力电子器件的理想材料，相较于Si材料而言，SiC材料具有击穿电场强度高(4×106V/cm)、载流子饱和漂移速度高(2×107cm/s)、热导率高、热稳定性好等优点，因此特别适合用于大功率、高压、高温和抗辐射的电子器件中。4H-SiC肖特基势垒二极管(SBD)做为最先替代硅基器件的宽禁带功率半导体器件，通过SiC半导体与金属接触而形成的势垒，实现了一个方向导通、一个方向阻断的整流效果。SBD二极管在功率系统中应用的优势是拥有低导通电阻与高击穿电压的优点、通态损耗小、开关速度快，具有近乎理想的反向恢复特性，在高频电力电子应用方面优势巨大。4H-SiC结势垒肖特基(JBS)二极管采用了JBS结构，除继承4H-SiC肖特基势垒二极管优良特性外，还改善了4H-SiC高势垒SBD难以兼顾反向耐压和正向压降的问题。器件的正向特性具有多子器件特点，即JBS器件具有肖特基二极管正向特性，但是反向特性则具有PiN二极管特点，不但显著降低了反向漏电流，而且明显提高了击穿电压。4H-SiCJBS二极管的反向耐压主要由元胞中的PN结区承担，因此，JBS二极管的理想击穿电压就近似为单边突变结的击穿电压。P+N-单边突变结反向工作时主要由掺杂较低的N区形成耗尽层承受耐压。在低电压下，由于SiCPN结没有开启，导通电流主要由肖特基接触完成，想要增加正向电流则需要增加肖特基接触区域的宽度。然而增加肖特基接触区域的宽度，器件的击穿电压会随之减小，反向击穿特性变差。因此，如何解决肖特基接触区宽度与击穿电压之间的折衷问题成为了亟待解决的技术问题。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是针对现有技术存在的问题，提供一种具有沟槽结构的碳化硅结势垒肖特基二极管。为解决上述技术问题，本专利技术实施例提供一种具有沟槽结构的碳化硅结势垒肖特基二极管，包括欧姆接触电极、碳化硅N+衬底、碳化硅N-外延层、SiO2隔离介质、肖特基接触电极、多个P+注入区和多个P+场限环；欧姆接触电极、碳化硅N+衬底和碳化硅N-外延层从下至上依次层叠设置；多个P+注入区间隔的设置在碳化硅N-外延层的上层；多个P+场限环间隔的设置在碳化硅N-外延层的上层，且位于多个P+注入区的两侧；SiO2隔离介质位于碳化硅N-外延层上方的两侧；肖特基接触电极位于多个P+注入区上，且位于SiO2隔离介质之间；多个P+注入区之间还设置有沟槽，肖特基接触电极还位于沟槽的侧壁和底面。本专利技术的有益效果是：本专利技术利用在JBS区P+注入区之间的肖特基接触区下刻蚀做沟槽结构，从而平缓器件击穿时电场分布，减小电场尖峰，提高击穿电压，从而解决SiCJBS器件肖特基接触区宽度增加导致击穿电压降低的问题。该沟槽结构有效增加P+注入区之间的肖特基接触区宽度，增加导通路径，从而提高了器件的正向导通电流，同时不会降低器件的击穿电压，解决了肖特基接触区宽度与击穿电压之间的折衷问题。在上述技术方案的基础上，本专利技术还可以做如下改进。进一步的，多个P+场限环为14个，在碳化硅N-外延层的上层两侧分别设置7个P+场限环；每个P+场限环的掺杂浓度为5E18cm-3，结深为0.6微米～0.8微米，宽度为1微米；多个P+场限环的初始间距为0.8微米，并以0.1微米为基数递增。上述进一步方案的有益效果是：解决主结边缘效应，使击穿电压接近理想击穿电压。进一步的，沟槽的深度与P+注入区的结深相等。上述进一步方案的有益效果是：使器件的击穿电压达到最大值，远远高于传统的结势垒肖特基二极管，此时主结电场分布最为平缓。进一步的，沟槽的深度为0.6微米～0.8微米，宽度为6微米。进一步的，P+注入区的掺杂浓度为5E18cm-3，结深为0.5微米～0.8微米。进一步的，N-外延层的掺杂浓度为1E16cm-3～2E16cm-3，厚度为5微米～6微米。进一步的，N+衬底层的掺杂浓度为1E20cm-3，厚度为5微米～6微米。进一步的，欧姆接触电极的材料为镍或镍合金，肖特基接触电极的材料为镍。附图说明图1为第一种传统结势垒肖特基二极管的结构示意图；图2为本专利技术第一实施例的具有沟槽结构的碳化硅结势垒肖特基二极管的结构示意图；图3为第一种传统结势垒肖特基二极管和本专利技术第一实施例的具有沟槽结构的碳化硅结势垒肖特基二极管的反向击穿特性曲线；图4为第一种传统结势垒肖特基二极管和本专利技术第一实施例的具有沟槽结构的碳化硅结势垒肖特基二极管的正向IV特性曲线；图5为第一种传统结势垒肖特基二极管击穿时的电场分布曲线；图6为本专利技术第一实施例的具有沟槽结构的碳化硅结势垒肖特基二极管击穿时的电场分布曲线；图7为第二种传统结势垒肖特基二极管的结构示意图；图8为本专利技术第二实施例的具有沟槽结构的碳化硅结势垒肖特基二极管的结构示意图；图9为第二种传统结势垒肖特基二极管和本专利技术第二实施例的具有沟槽结构的碳化硅结势垒肖特基二极管的反向击穿特性曲线；图10为第二种传统结势垒肖特基二极管和本专利技术第二实施例的具有沟槽结构的碳化硅结势垒肖特基二极管的正向IV特性曲线；图11为第二种传统结势垒肖特基二极管击穿时的电场分布曲线；图12为本专利技术第二实施例的具有沟槽结构的碳化硅结势垒肖特基二极管击穿时的电场分布曲线。附图中，各标号所代表的部件列表如下：1、碳化硅N+衬底，2、碳化硅N-外延层，3、P+注入区，4、沟槽，5、肖特基接触电极，6、欧姆接触电极，7、SiO2隔离介质，8、P+场限环。具体实施方式以下结合附图对本专利技术的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本专利技术，并非用于限定本专利技术的范围。如图2所示，本专利技术第一实施例提供的一种具有沟槽结构的碳化硅结势垒肖特基二极管，包括欧姆接触电极6、碳化硅N+衬底1、碳化硅N-外延层2、SiO2隔离介质7、肖特基接触电极5、多个P+注入区3和多个P+场限环8；欧姆接触电极6、碳化硅N+衬底1和碳化硅N-外延层2从下至上依次层叠设置；多个P+注入区3间隔的设置在碳化硅N-外延层2的上层；多个P+场限环8间隔的设置在碳化硅N-外延层2的上层，且位于多个P+注入区3的两侧；SiO2隔离介质7位于碳化硅N-外延层2上方的两侧；肖特基接触电极5位于多个P+注入区3上，且位于SiO2隔离介质7之间；多个P+注入区3之间还设置有沟槽4，肖特基接触电极5还位于沟槽4的侧壁和底面。上述实施例中，为了便于将如图1所示的第一种传统结势垒肖特基二极管的性能与本专利技术的结势垒肖特基二极管作对比，本实施例采用相同掺杂水平、相同尺寸制作SiC结势垒肖特基二极管：碳化硅N-外延层2的掺杂浓度为2E16cm-3，碳化硅N-外延层2的厚度为本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有沟槽结构的碳化硅结势垒肖特基二极管，包括欧姆接触电极(6)、碳化硅N+衬底(1)、碳化硅N-外延层(2)、SiO2隔离介质(7)、肖特基接触电极(5)、多个P+注入区(3)和多个P+场限环(8)；/n欧姆接触电极(6)、碳化硅N+衬底(1)和碳化硅N-外延层(2)从下至上依次层叠设置；多个P+注入区(3)间隔的设置在碳化硅N-外延层(2)的上层；多个P+场限环(8)间隔的设置在碳化硅N-外延层(2)的上层，且位于多个P+注入区(3)的两侧；SiO2隔离介质(7)位于碳化硅N-外延层(2)上方的两侧；肖特基接触电极(5)位于多个P+注入区(3)上，且位于SiO2隔离介质(7)之间；/n其特征在于，多个P+注入区(3)之间还设置有沟槽(4)，肖特基接触电极(5)还位于沟槽(4)的侧壁和底面。/n

【技术特征摘要】
1.一种具有沟槽结构的碳化硅结势垒肖特基二极管，包括欧姆接触电极(6)、碳化硅N+衬底(1)、碳化硅N-外延层(2)、SiO2隔离介质(7)、肖特基接触电极(5)、多个P+注入区(3)和多个P+场限环(8)；
欧姆接触电极(6)、碳化硅N+衬底(1)和碳化硅N-外延层(2)从下至上依次层叠设置；多个P+注入区(3)间隔的设置在碳化硅N-外延层(2)的上层；多个P+场限环(8)间隔的设置在碳化硅N-外延层(2)的上层，且位于多个P+注入区(3)的两侧；SiO2隔离介质(7)位于碳化硅N-外延层(2)上方的两侧；肖特基接触电极(5)位于多个P+注入区(3)上，且位于SiO2隔离介质(7)之间；
其特征在于，多个P+注入区(3)之间还设置有沟槽(4)，肖特基接触电极(5)还位于沟槽(4)的侧壁和底面。


2.根据权利要求1所述的一种具有沟槽结构的碳化硅结势垒肖特基二极管，其特征在于，多个P+场限环(8)为14个，在碳化硅N-外延层(2)的上层两侧分别设置7个P+场限环(8)；每个P+场限环(8)的掺杂浓度为5E18cm-3，结深为0.6微米～0.8微米，宽度为1微米；多个P+场限环(8)的初始间距为0.8微米，...

【专利技术属性】
技术研发人员：张有润，罗茂久，王帅，陆超，孟繁新，贺晓金，张波，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川;51