一种SiC肖特基二极管三阶斜台面结终端结构制造技术

本发明专利技术涉及一种SiC肖特基二极管三阶斜台面结终端结构，属于半导体功率器件技术领域。该三阶斜台面结终端结构包括阳极金属Ni接触区、三阶斜台面金属Ni场板、氮化层Si

A third order oblique mesa junction terminal structure of SiC Schottky diode

【技术实现步骤摘要】
一种SiC肖特基二极管三阶斜台面结终端结构
本专利技术属于半导体
，涉及一种SiC肖特基二极管三阶斜台面结终端结构。
技术介绍
新一代半导体材料碳化硅(SiC)材料具有很多优点，如禁带宽度很大、临界击穿场强很高、热导率很大、饱和电子漂移速度很高和介电常数很低。首先大的禁带宽度，如4H-SiC其禁带宽度为3.26eV，是硅材料禁带宽度的三倍多，这使得器件能耐高温并且能发射蓝光；高的临界击穿场强，碳化硅的临界击穿场强(2-4MV/cm)很高，4H-SiC的临界击穿场强为2.2MV/cm，这要高出Si和GaAs一个数量级，所以碳化硅器件能够承受高的电压和大的功率；大的热导率，热导率是Si的3.3倍和GaAs的10倍，热导率大，器件的导热性能就好，集成电路的集成度就可以提高，但散热系统却减少了，进而整机的体积也大大减小了；高的饱和电子漂移速度和低的介电常数能够允许器件工作在高频、高速下。近年来随着需求增长具有更高的工作频率、更小的元胞尺寸和更低功耗的SiC肖特基二极管(SBD)的应用范围不断扩大。SiC肖特基二极管的典型应用包括整流电路、电源保护电路、电压箝位电路等。此外，SiC肖特基二极管的反向恢复时间比快恢复二极管或超快恢复二极管还要小，正向恢复过程中也不会有明显的电压过冲，因而它是高频电路、超高速开关电路的理想器件。SiC肖特基二极管由于在结边缘具有严重的不连续性，所以会在结的边、角这些部位存在曲率，使得在半导体器件表面的电力线要比体内的电力线密集很多，产生电场集边效应。所以在实际情况下，SiC肖特基二极管结的边缘电场强度要比体内高很多，导致器件发生提前击穿，严重影响了SiC肖特基二极管的反向阻断特性。使用一阶台面金属场板SiC肖特基二极管能够有效提高器件的反向击穿电压。一阶台面金属场板对介质中的电荷具有吸附作用，所以该终端技术对器件界面电荷，尤其对可动的界面电荷不是很敏感。缺点主要是场板外边缘的电场比较集中，电场强度比较大，击穿容易提前在该处表面发生，且对介质层的要求很高。另外，场板的实际效果与场板的长度和氧化层的厚度有关。当氧化层厚度较薄且衬底掺杂较低时，击穿通常发生在场板的外边缘。当氧化层厚度较厚时，击穿通常发生在场板内侧。同时，一阶台面金属场板SiC肖特基二极管还存在场板边缘处与外延层的电位相差很大的缺点，导致场板边缘处的电场强度较大，在较低反向偏压下，器件容易发生提前击穿，而且击穿点有可能发生在器件表面处，因此对介质层的质量有较高的要求。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种SiC肖特基二极管三阶斜台面结终端结构，使用此结终端技术能够有效弥补一阶台面金属场板的缺点，提高SiC肖特基二极管的反向击穿电压。为达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种SiC肖特基二极管三阶斜台面结终端结构，包括元胞结构：包括阳极肖特基金属Ni接触区、N-低浓度外延层、N+高浓度衬底层、阴极金属Ni接触区；所述肖特基金属Ni接触区位于N-低浓度外延层上表面；所述N-低浓度外延层位于肖特基金属Ni接触区下表面与N+高浓度衬底层上表面，且N-低浓度外延层掺入n型杂质浓度为3×1015cm-3；所述N+高浓度衬底层介于N-低浓度外延层下表面与阴极金属Ni接触区上表面，且N+高浓度衬底层掺入n型杂质浓度为3×1018cm-3；所述阴极金属Ni接触区位于N+高浓度衬底层下表面；终端结构：包括三阶斜台面金属Ni场板、氮化层Si3N4、氧化层SiO2、N-低浓度外延层、N+高浓度衬底层、阴极金属Ni接触区；所述三阶斜台面金属Ni场板位于氮化层Si3N4和氧化层SiO2上表面；所述第一层氮化层Si3N4位于三阶斜台面金属Ni场板下表面和氧化层SiO2上表面；所述氧化层SiO2介于第一层氮化层Si3N4下表面与第二层氮化层Si3N4上表面；所述第二层氮化层Si3N4位于氧化层SiO2下表面和N-低浓度外延层上表面；所述N-低浓度外延层介于第二层氮化层Si3N4下表面与N+高浓度衬底层上表面N-低浓度外延层，且N-低浓度外延层掺入n型杂质浓度为3×1015cm-3；所述N+高浓度衬底层介于N-低浓度外延层下表面与阴极金属Ni接触区上表面，且N+高浓度衬底层掺入n型杂质浓度为3×1018cm-3；所述阴极金属Ni接触区位于N+高浓度衬底层下表面。进一步，所述元胞结构和终端结构中，N-低浓度外延层掺入n型杂质浓度为3×1015cm-3；N+高浓度衬底层掺入n型杂质浓度为3×1018cm-3。进一步，所述阳极金属接触区的材料为Ti、Al、Pt中的一种。进一步，所述阴极金属接触区的材料为Ti、Al、Au、Pt、Pb中的一种。进一步，所述斜台面金属场板的材料为Ti和Al中的一种。进一步，所述氮化层Si3N4和氧化层SiO2能够使用AlN进行替换。进一步，所述的三阶斜台面金属场板能够使用二阶斜台面金属场板和四阶斜台面金属场板进行替换。本专利技术的有益效果在于：本专利技术提出的三阶斜台面结终端结构能够有效弥补一阶台面金属场板技术的缺点，还能有效提高SiC肖特基二极管的击穿电压。具有三阶斜台面场板结终端区结构的SBD器件在保证正向导通特性不变的前提下，能够优化器件的体内电场。使用两种不同介电常数的物质作为场板的介质层，将最大的电场引入介质层进行耐压，能够提高器件的击穿电压和工作稳定性。本专利技术的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本专利技术的实践中得到教导。本专利技术的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。附图说明为了使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本专利技术作优选的详细描述，其中：图1为现有技术中使用SiO2作为介质层一阶台面场板结终端结构的肖特基二极管(FPO-SBD)器件结构示意图；图2为现有技术中使用Si3N4作为介质层一阶台面场板结终端结构的肖特基二极管(FPN-SBD)器件结构示意图；图3为现有技术中使用SiO2和Si3N4作为介质层二阶台面场板结终端结构的肖特基二极管(TFP-SBD)器件结构示意图；图4为本专利技术提供的一种使用SiO2和Si3N4作为介质层二阶斜台面场板结终端结构的肖特基二极管(TSFP-SBD)器件的实施结构1示意图；图5为本专利技术提供的一种使用SiO2和Si3N4作为介质层三阶斜台面场板结终端结构的(MSFP-SBD)器件的实施结构2示意图；图6为本专利技术提供的一种使用SiO2和Si3N4作为介质层三阶斜台面场板结终端结构的(MSFP-SBD)器件的实施结构3示意图；图7为本专利技术提供的一种使用SiO2和Si3N4作为介质层三阶斜台面场板结终端结构的肖特基结势垒二极管(MSFP-JBS)器件的实施结构4示意图；图8为本专利技术提供的一种三阶斜台面场板结终端结构的绝缘栅双极型晶体管(MSFP-IGBT)器件的实施结构4示意本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种SiC肖特基二极管三阶斜台面结终端结构，其特征在于：包括/n元胞结构：包括阳极肖特基金属Ni接触区(1)、N-低浓度外延层(4)、N+高浓度衬底层(5)、阴极金属Ni接触区(6)；所述肖特基金属Ni接触区(1)位于N-低浓度外延层(4)上表面；所述N-低浓度外延层(4)位于肖特基金属Ni接触区(1)下表面与N+高浓度衬底层(5)上表面，且N-低浓度外延层(4)掺入n型杂质浓度为3×10

【技术特征摘要】
1.一种SiC肖特基二极管三阶斜台面结终端结构，其特征在于：包括
元胞结构：包括阳极肖特基金属Ni接触区(1)、N-低浓度外延层(4)、N+高浓度衬底层(5)、阴极金属Ni接触区(6)；所述肖特基金属Ni接触区(1)位于N-低浓度外延层(4)上表面；所述N-低浓度外延层(4)位于肖特基金属Ni接触区(1)下表面与N+高浓度衬底层(5)上表面，且N-低浓度外延层(4)掺入n型杂质浓度为3×1015cm-3；所述N+高浓度衬底层(5)介于N-低浓度外延层(4)下表面与阴极金属Ni接触区(6)上表面，且N+高浓度衬底层(5)掺入n型杂质浓度为3×1018cm-3；所述阴极金属Ni接触区(6)位于N+高浓度衬底层(5)下表面；
终端结构：包括三阶斜台面金属Ni场板(7)、氮化层Si3N4(2)、氧化层SiO2(3)、N-低浓度外延层(4)、N+高浓度衬底层(5)、阴极金属Ni接触区(6)；所述三阶斜台面金属Ni场板(7)位于氮化层Si3N4(2)和氧化层SiO2(3)上表面；所述第一层氮化层Si3N4(2)位于三阶斜台面金属Ni场板(7)下表面和氧化层SiO2(3)上表面；所述氧化层SiO2(3)介于第一层氮化层Si3N4(2)下表面与第二层氮化层Si3N4(2)上表面；所述第二层氮化层Si3N4(2)位于氧化层SiO2(3)下表面和N-低浓度外延层(4)上表面；所述N-低浓度外延层(4)介于第二层氮化层Si3N4(2)下表面与N+高浓度衬底层(5)上表面N-低浓度外延层(4)，且N-低浓度外延层(4)掺入n...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈伟中，秦海峰，许峰，黄义，贺利军，张红升，
申请(专利权)人：重庆邮电大学，
类型：发明
国别省市：重庆;50