超级结的制造方法及其超级结肖特基二极管技术

本申请涉及半导体领域，公开了一种超级结的制造方法及其超级结肖特基二极管。本申请中超级结的制造方法包括：通过外延生长工艺在宽禁带半导体衬底表面上形成外延层；将第一掺杂离子沿宽禁带半导体的预设晶向注入外延层的至少一部分区域，形成第一导电类型区；将第二掺杂离子沿宽禁带半导体的预设晶向注入第一导电类型区的至少一部分区域，形成第二导电类型区，其中，第二掺杂离子与第一掺杂离子的导电类型不同；预设晶向为使得掺杂离子沿预设晶向注入会发生沟道效应的晶向。

Manufacturing method of super junction and its Schottky diode

【技术实现步骤摘要】
超级结的制造方法及其超级结肖特基二极管
本申请涉及半导体领域，特别涉及一种超级结的制造方法及其超级结肖特基二极管。
技术介绍
宽禁带功率半导体器件因为其更大的禁带宽度、更高的临界击穿场强、更强的热导率等优异性能，被日益广泛应用到各类电源系统内。但是随着常规碳化硅功率器件(尤其是碳化硅二极管)技术上的逐步成熟，高成本已经成为其进一步扩大应用规模的障碍。降低成本的关键路径之一在于不断降低特征导通电阻，从而提升单位面积通流能力，最终减小芯片面积。而超级结技术是实现上述路径的最有效手段。但是众所周知，在碳化硅材料中制造超级结结构具有相当大的技术难度。广泛应用于硅基超结器件的多次外延技术、沟槽刻蚀加外延回填技术等，都因为制程成本高、工艺控制困难等原因，难以直接应用于碳化硅超级结器件的制备。
技术实现思路
为了解决现有技术中的上述问题，本专利技术提出了一种超级结的制造方法及其超级结肖特基二极管。该制造方法能够大幅度降低宽禁带半导体超级结功率半导体器件的制备难度，并且工艺一致性优，制造成本降低。第一方面，本申请实施例提供了一种超级结的制造方法，所述方法包括；通过外延生长工艺在宽禁带半导体衬底表面上形成外延层；将第一掺杂离子沿所述宽禁带半导体的预设晶向注入所述外延层的至少一部分区域，形成第一导电类型区；将第二掺杂离子沿所述宽禁带半导体的所述预设晶向注入所述第一导电类型区的至少一部分区域，形成第二导电类型区，其中，所述第二掺杂离子与所述第一掺杂离子的导电类型不同；所述预设晶向为使得掺杂离子沿所述预设晶向注入会发生沟道效应的晶向。在上述第一方面的一种可能实现中，所述宽禁带半导体为碳化硅，所述宽禁带半导体的预设晶向为所述碳化硅的C轴方向。在上述第一方面的一种可能实现中，所述碳化硅包括4H-SiC或6H-SiC。在上述第一方面的一种可能实现中，所述将第一掺杂离子沿所述宽禁带半导体的晶向注入所述外延层的至少一部分区域，包括：将所述第一掺杂离子分别以第一浓度、第一能量及第二浓度、第二能量沿所述宽禁带半导体的晶向注入所述外延层的至少一部分区域。在上述第一方面的一种可能实现中，所述第一浓度为1E13至3E14原子数每平方厘米，所述第一能量为500kev至2000kev；第二浓度为1E12至5E13原子数每平方厘米，所述第二能量为50kev至300kev。在上述第一方面的一种可能实现中，将第二掺杂离子沿所述宽禁带半导体的晶向注入所述第一导电类型区的至少一部分区域，包括：将所述第二掺杂离子分别以第三浓度、第三能量及第四浓度、第四能量沿所述宽禁带半导体的晶向注入所述外延层的至少一部分区域。在上述第一方面的一种可能实现中，所述第三浓度为5E13至3E14原子数每平方厘米，所述第三能量为500kev至2000kev；第四浓度为5E12至5E13原子数每平方厘米，所述第四能量为50kev至300kev。在上述第一方面的一种可能实现中，所述第一掺杂离子包括氮离子或磷离子。在上述第一方面的一种可能实现中，所述第二掺杂离子包括铝离子或硼离子。第二方面，本申请实施例提供了一种超级结肖特基二极管，包括：通过外延生长工艺在宽禁带半导体衬底表面上形成的外延层；第一导电类型区，通过第一掺杂离子沿所述宽禁带半导体的预设晶向注入所述外延层的至少一部分区域形成；第二导电类型区，通过第二掺杂离子沿所述宽禁带半导体的所述预设晶向注入所述第一导电类型区的至少一部分区域形成；金属层，设置在所述第一导电类型区远离所述衬底的至少部分表面上，以使得所述金属层与所述第一导电类型区形成肖特基结；所述预设晶向为使得掺杂离子沿所述预设晶向注入会发生沟道效应的晶向。在上述第二方面的一种可能实现中，还包括第二导电类型注入区，通过第二掺杂离子沿所述宽禁带半导体的法线方向注入所述第二导电类型区部分区域形成。在上述第二方面的一种可能实现中，所述宽禁带半导体为碳化硅。在上述第二方面的一种可能实现中，所述碳化硅包括4H-SiC或6H-SiC。在上述第二方面的一种可能实现中，所述第一离子包括氮离子或磷离子，所述氮离子或磷离子分别以第一浓度、第一能量及第二浓度、第二能量沿所述碳化硅半导体的C轴方向注入所述外延层的至少一部分区域。在上述第二方面的一种可能实现中，所述第二掺杂离子包括铝离子或硼离子，所述铝离子分别以第三浓度、第三能量及第四浓度、第四能量沿所述碳化硅半导体的C轴方向注入所述第一导电类型区的至少一部分区域。在上述第二方面的一种可能实现中，所述第二掺杂离子包括铝离子或硼离子，所述铝离子分别以第五浓度、第五能量及第六浓度、第六能量沿所述碳化硅半导体的法线方向注入所述第二导电类型区的部分区域。附图说明图1根据本申请的一些实施例，示出了一种超级结的制造方法流程图；图2a-2g根据本申请的一些实施例，示出了一种与图1所示的一个或多个步骤相应的超级结肖特基二极管的结构示意图；图3根据本申请的一些实施例，示出了一种碳化硅半导体的晶向示意图。具体实施例本申请的说明性实施例包括但不限于超级结的制造方法及其超级结肖特基二极管。下面将结合附图对本申请的实施例作进一步地详细描述。根据本申请的一些实施例，图1示意性示出了一种超级结的制造方法的流程示意图，具体地，如图1所示，方法包括：(1)通过外延生长工艺在宽禁带半导体衬底表面上形成外延层(101)；其中，宽禁带半导体包括但不限于碳化硅、氮化镓、氮化铝或金刚石等，在此不做限制。外延生长工艺是指沿着宽禁带半导体衬底原来的晶向，通过气相外延、液相外延或者分子束外延等方法，生长一层与宽禁带半导体衬底晶向相同的单晶层。在本申请的实施例中，外延层的导电类型可以与宽禁带半导体衬底的导电类型相同，也可以不同，在此不做限制。(2)将第一掺杂离子沿宽禁带半导体的预设晶向注入外延层的至少一部分区域，形成第一导电类型区(102)；其中，预设晶向为使得第一掺杂离子沿所述预设晶向注入会发生沟道效应的晶向，沟道效应是指离子注入固体中，它与固体的原子发生碰撞，如果固体是无定形的，那么，组成固体的原子在空间是无规则分布的，因而离子与靶原子的碰撞是随机的，碰撞参数P的大小是个随机参数。如果固体是晶体，则原子在空间规则地排列着，离子沿晶体的主晶轴方向注入时，它们可能与晶格原子发生相类似的碰撞(碰撞参数P近似相等)，各个碰撞互相有关，每次碰撞时，离子运动偏转很小，离子经过晶格同一排原子附近，可以穿透入固体中较深的距离。在本申请的实施例中，由于宽禁带半导体衬底为单晶，内部原子规则排列，因此，第一掺杂离子沿预设晶向可以发生沟道效应穿透较深的距离。第一掺杂离子沿着宽禁带半导体的晶向注入时，由于沟道效应，第一掺杂离子在外延层的射程比随机方向或沿晶圆的法线方向注入时更远，具有更强的穿透力，从而降低离子注入的能量和制造成本。在一些实施例中，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种超级结的制造方法，其特征在于，包括：/n通过外延生长工艺在宽禁带半导体衬底表面上形成外延层；/n将第一掺杂离子沿所述宽禁带半导体的预设晶向注入所述外延层的至少一部分区域，形成第一导电类型区；/n将第二掺杂离子沿所述宽禁带半导体的所述预设晶向注入所述第一导电类型区的至少一部分区域，形成第二导电类型区，其中，所述第二掺杂离子与所述第一掺杂离子的导电类型不同；/n所述预设晶向为使得掺杂离子沿所述预设晶向注入会发生沟道效应的晶向。/n

【技术特征摘要】
1.一种超级结的制造方法，其特征在于，包括：
通过外延生长工艺在宽禁带半导体衬底表面上形成外延层；
将第一掺杂离子沿所述宽禁带半导体的预设晶向注入所述外延层的至少一部分区域，形成第一导电类型区；
将第二掺杂离子沿所述宽禁带半导体的所述预设晶向注入所述第一导电类型区的至少一部分区域，形成第二导电类型区，其中，所述第二掺杂离子与所述第一掺杂离子的导电类型不同；
所述预设晶向为使得掺杂离子沿所述预设晶向注入会发生沟道效应的晶向。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述宽禁带半导体为碳化硅，所述宽禁带半导体的预设晶向为所述碳化硅的C轴方向。


3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述碳化硅包括4H-SiC或6H-SiC。


4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述将第一掺杂离子沿所述宽禁带半导体的晶向注入所述外延层包括至少一部分区域，包括：
将所述第一掺杂离子分别以第一浓度、第一能量及第二浓度、第二能量沿所述宽禁带半导体的晶向注入所述外延层至少一部分区域。


5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述第一浓度为1E13至3E14原子数每平方厘米，所述第一能量为500kev至2000kev；第二浓度为1E12至5E13原子数每平方厘米，所述第二能量为50kev至300kev。


6.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，将第二掺杂离子沿所述宽禁带半导体的晶向注入所述第一导电类型区至少一部分区域，包括：
将所述第二掺杂离子分别以第三浓度、第三能量及第四浓度、第四能量沿所述宽禁带半导体的晶向注入所述外延层。


7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述第三浓度为5E13至3E14原子数每平方厘米，所述第三能量为500kev至2000kev；第四浓度为5E12至5E13原子数每平方厘米，所述第四能量为50kev至300kev。


8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一掺杂离子包括氮离...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈伟，仲雪倩，黄海涛，张永熙，
申请(专利权)人：上海瞻芯电子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31