一种碳化硅肖特基二极管及其制备方法技术

本发明专利技术提供的一种肖特基二极管及其制备方法，其中所述肖特基二极管包括基底，以及若干P型结，其包括相对设置的第一端部和第二端部，且所述P型结嵌插设置于所述基底内以使所述第二端部位于所述基底内，相邻P型结间隔设置；连接所述第一端部和第二端部且位于P型结侧面上的连线为光滑的弧线。通过连接所述第一端部和第二端部且位于P型结侧面上的连线为光滑的弧线的结构，使得注入P型结边缘的电场强度更加均匀，进一步提高碳化硅肖特基二极管芯片的反向耐压以及可靠性。

A silicon carbide Schottky diode and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种碳化硅肖特基二极管及其制备方法
本专利技术涉及功率半导体器件
，具体涉及一种碳化硅肖特基二极管及其制备方法。
技术介绍
碳化硅是第三代半导体材料中最具吸引力的材料之一，具有临界电场大、禁带宽度大、高温电子漂移速度高等优点，因此，广泛应用于制作高温、高压、大功率、耐辐照等半导体器件；其中，碳化硅肖特基二极管在电力电子技术中具有整流和续流的作用，因而广泛应用于功率变换电路中。目前，碳化硅肖特基二极管大多是采用离子注入技术，并与光刻、刻蚀等工艺结合实现面内可控区域注入；由于碳化硅掺杂剂扩散所需的温度极高，超过2300K，因此，高温离子注入是碳化硅肖特基二极管主要掺杂形成的必要过程。现有的碳化硅肖特基二极管P型结以及结终端是由多次垂直高温离子注入及高温退火激活形成，为了防止有源区边缘的电场过于集中，通常采用高温离子注入技术将离子注入在有源区边缘，形成结终端。当器件处于反偏状态时，耗尽区会随着反向电压的不断增大而逐渐发生纵向与横向的扩展，但是，垂直注入方式会使得P型结区边缘凹凸不平，导致注入结边缘的电场强度过大，碳化硅肖特基二极管芯片的反向耐压低以及可靠性差的问题。
技术实现思路
因此，本专利技术要解决的技术问题在于克服现有技术中采用垂直注入方式会使得P型结区边缘凹凸不平，导致注入结边缘的电场强度过大，碳化硅肖特基二极管芯片的反向耐压低以及可靠性差的缺陷，从而提供一种碳化硅肖特基二极管及其制备方法。为此，本专利技术提供如下技术方案：一种肖特基二极管，包括基底，还包括：若干P型结，其包括相对设置的第一端部和第二端部，且所述P型结嵌插设置于所述基底内以使所述第二端部位于所述基底内，相邻P型结间隔设置；连接所述第一端部和第二端部且位于P型结侧面上的连线为光滑的弧线。所述第二端部为球形端部或者椭圆形端部。所述基底包括碳化硅衬底及设置其上的碳化硅外延层，所述P型结设置于所述碳化硅外延层上；所述碳化硅外延层包括有源区及位于有源区至少一侧的终端区。其中，有源区是用于制作有源元件的区域，是整个肖特基二极管的核心区域；终端区是用于改变器件边缘处表面电场分布的区域，有利于提高该肖特基二极管的击穿电压。位于所述终端区的碳化硅外延层上设置二氧化硅层；位于所述有源区的碳化硅外延层上设置第一电极，所述第一电极边缘朝向所述二氧化硅层延伸形成延伸部，所述延伸部覆盖部分二氧化硅层。所述的肖特基二极管还包括，钝化层，至少覆盖部分延伸部和至少覆盖部分二氧化硅层，以保护终端区；第二电极，设置于所述基底远离所述P型结的一侧上。本专利技术还提供了一种上述肖特基二极管的制备方法，包括如下步骤：围绕基底一侧的盲孔旋转并同时向所述盲孔内进行离子注入，以在所述盲孔内形成P型结，在离子注入的过程中，离子注入的方向与基底的夹角为钝角或锐角。所述离子注入的方向与基底的夹角β为75°-90°；优选地，所述离子注入的方向与基底的夹角为75°；所述离子注入的注入能量为30-500KeV，注入温度为500-600℃，所述旋转的旋转角α为0-270°优选地，所述旋转角α为0°，90°，180°，或270°。所述盲孔的深度h为300-500nm；所述离子注入的离子为Al离子，注入剂量为1.4E13-3.5E14cm-2。在所述盲孔内注入离子之后，还包括对基底进行高温退火；优选地，在高温退火之前，还包括在基底的两侧设置碳膜进行保护，然后再于1650-1750℃下高温退火；在高温退火后的基底一侧沉积二氧化硅以形成二氧化硅层，对沉积二氧化硅后的基底两侧进行金属化以形成第一电极和第二电极，最后在基底靠近二氧化硅的一层沉积钝化层。钝化层通过匀胶，曝光，烘烤，然后通过光刻刻蚀掉不需要覆盖钝化层区域的钝化层来实现的。所述带有盲孔的基底一侧的制备步骤如下：首先清洗光刻基底，其次在基底上依次制作第一掩膜层和第二掩膜层；之后将第二掩膜层上的图案通过刻蚀开孔由第二掩膜层转移至第一掩膜层，然后将剩余的第二掩膜层清洗去掉，即得所述带有盲孔的基底一侧。所述第一掩膜为二氧化硅；第二掩膜为光刻胶；优选地，所述光刻胶为正性光刻胶。所述第一掩膜层形成的方法为化学气相沉积法。所述第一掩膜层的厚度为2-3um。本专利技术技术方案，具有如下优点：1.本专利技术提供的碳化硅肖特基二极管，包括基底，还包括：若干P型结，其包括相对设置的第一端部和第二端部，且所述P型结嵌插设置于所述基底内以使所述第二端部位于所述基底内，相邻P型结间隔设置；连接所述第一端部和第二端部且位于P型结侧面上的连线为光滑的弧线。通过连接所述第一端部和第二端部且位于P型结侧面上的连线为光滑的弧线的结构，使得注入P型结边缘的电场强度更加均匀，进一步提高碳化硅肖特基二极管芯片的反向耐压以及可靠性。2.本专利技术提供的碳化硅肖特基二极管的制备方法，通过采用旋转角度、分多步高温离子注入的方式所形成的P型结内边缘为圆滑的弧形，使得注入结边缘的电场强度更加均匀，进一步提高碳化硅肖特基二极管芯片的反向耐压以及可靠性，有效解决了因传统的垂直注入方式使得P型结区边缘凹凸不平，导致注入的P型结边缘的电场强度过大的问题。3.本专利技术提供的碳化硅肖特基二极管的制备方法，高温退火时碳化硅基底表面的碳元素易析出而被氧化，使得表面不均匀，进而导致电场强度不均匀；通过采用碳膜保护退火可有效保护碳化硅基底表面不被破坏，进一步提高电场强度的均匀性；对退火温度进行优化限定有利于获得高的注入激活率。4.本专利技术提供的碳化硅肖特基二极管的制备方法，通过将所述盲孔深度设置为300-500nm，能够使得注入结边缘柔化，增加曲率半径，进一步降低注入区边缘的电场强度，提高注入结边缘电场强度的均匀性。附图说明为了更清楚地说明本专利技术具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是本专利技术中碳化硅肖特基二极管的截面示意图；图2是本专利技术中碳化硅肖特基二极管制备方法的工艺流程图；图3是本专利技术中刻蚀开孔完成后的截面示意图；图4是本专利技术中离子注入过程中面内旋转的位置示意图；图5是本专利技术中离子注入过程中倾斜的位置示意图；图6是本专利技术实施例1高温离子注入后形成的P型结边缘区的结构示意图；图7是本专利技术对比例1高温离子注入后形成的P型结边缘区的结构示意图；图8是本专利技术中实施例1和对比例1制得的碳化硅肖特基二极管的反向耐压曲线。附图标记：1、第二电极；2、碳化硅衬底；3、碳化硅外延层；4、P型结；5、二氧化硅层；6、第一电极；7、钝化层；8、碳化硅的定位标记；9、离子注入时的离子束；10、碳化硅片侧视图。具体实施本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种肖特基二极管，包括基底，其特征在于，还包括：/n若干P型结，其包括相对设置的第一端部和第二端部，且所述P型结嵌插设置于所述基底内以使所述第二端部位于所述基底内，相邻P型结间隔设置；/n连接所述第一端部和第二端部且位于P型结侧面上的连线为光滑的弧线。/n

【技术特征摘要】
1.一种肖特基二极管，包括基底，其特征在于，还包括：
若干P型结，其包括相对设置的第一端部和第二端部，且所述P型结嵌插设置于所述基底内以使所述第二端部位于所述基底内，相邻P型结间隔设置；
连接所述第一端部和第二端部且位于P型结侧面上的连线为光滑的弧线。


2.根据权利要求1所述的肖特基二极管，其特征在于，所述第二端部为球形端部或者椭圆形端部。


3.根据权利要求1或2所述的肖特基二极管，其特征在于，所述基底包括碳化硅衬底及设置其上的碳化硅外延层，所述P型结设置于所述碳化硅外延层上；
所述碳化硅外延层包括有源区及位于有源区至少一侧的终端区。


4.根据权利要求3所述的肖特基二极管，其特征在于，位于所述终端区的碳化硅外延层上设置二氧化硅层；
位于所述有源区的碳化硅外延层上设置第一电极，所述第一电极边缘朝向所述二氧化硅层延伸形成延伸部，所述延伸部覆盖部分二氧化硅层。


5.根据权利要求4所述的肖特基二极管，其特征在于，还包括，
钝化层，至少覆盖部分延伸部和至少覆盖部分二氧化硅层，以保护终端区；第二电极，设置于所述基底远离所述P型结的一侧上。


6.一种权利要求1-5任一项所述肖特基二极管的制备方法，包括如下步骤：
围绕基底一侧的盲孔旋转并同时向所述盲孔内进行离子注入，以在所述盲孔内形成P型结，在离子注入的过程中，离子注入的...

【专利技术属性】
技术研发人员：姜春艳，吴昊，田亮，吴军民，潘艳，
申请(专利权)人：全球能源互联网研究院有限公司，国网山东省电力公司，国家电网有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11