高雪崩耐量的碳化硅JBS结构及制备方法技术

本发明专利技术公开了一种高雪崩耐量碳化硅JBS结构及制备方法，结构主要包括阴极电极，N+型衬底，N‑型外延层，P型注入区和阳极电极，其中P型注入区分两类，一类为条状注入区，另一类为锥状注入区。两类P型注入是通过在掩膜层上进行两次光刻刻蚀出深浅不同的沟槽实现的，引入锥状P型注入区可以明显提高碳化硅JBS的雪崩耐量。

【技术实现步骤摘要】
高雪崩耐量的碳化硅JBS结构及制备方法
本专利技术涉及半导体
，特别是涉及一种器件结构及制备方法。
技术介绍
碳化硅(SiC)是一种电学特性非常优越的宽禁带半导体材料，具有禁带宽度大，临界击穿场强高，饱和电子漂移速度快，热导率高等特点，特别适合制备各种功率电子器件，在高温、高压、高功率、高辐射等极端应用领域具有非凡的应用前景。由于SiC的禁带宽度较大，肖特基二极管成为SiC材料最常用来制备的整流器件。但由于SiC材料的临界击穿电场强度大，单纯的肖特基在反向阻断时会有明显的漏电，因此SiC肖特基二极管通常采用结势垒肖特基二极管(JBS)结构，既采用PN结与肖特基结相互穿插放置，利用PN结的耗尽作用屏蔽周围肖特基结的电场强度，从而降低反向漏电流。但普通JBS结构的雪崩耐量不高，抗电压波动的能力不足。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题本专利技术提供了一种高雪崩耐量的碳化硅JBS结构及制备方法，以至少部分解决上述技术问题。(二)技术方案根据本专利技术的一方面，提供一种碳化硅JBS结构，包括：N+型衬底；N-型外延层，位于所述N+型衬底上；P型注入区，位于所述N-型外延层内；其中，上述N+型衬底和N-型外延层的材料为碳化硅；所述P型注入区包括条状注入区和锥状注入区。在进一步的实施方案中，所述的碳化硅JBS结构还包括：阴极电极，制备于所述N+型衬底的底部；阳极电极，制备于所述N-型外延层的顶部。根据本专利技术的另一方面，提供一种碳化硅JBS结构的制备方法，包括：在碳化硅外延片的顶表面淀积掩膜层并刻蚀形成多个深度不同的沟槽；在碳化硅外延片的上表面进行离子注入，形成条状注入区和锥状注入区。在进一步的实施方案中，所述的碳化硅JBS结构的制备方法，还包括：去除掩膜层并高温退火激活注入离子；在碳化硅外延片底面淀积阴极电极金属，退火形成欧姆接触；在碳化硅外延片顶面淀积阳极电极金属。在进一步的实施方案中，所述刻蚀形成多个深度不同的沟槽包括：在所述掩膜层上刻蚀条形沟槽；在不同于所述条形沟槽的方向再次进行条形刻蚀形成多个深度不同的沟槽。在进一步的实施方案中，所述条形沟槽未刻蚀到掩膜层底部；两次刻蚀重叠的区域刻蚀深度到达所述掩膜层底部。在进一步的实施方案中，所述注入的离子为B或Al。在进一步的实施方案中，所述高温退火激活注入离子时，温度为1500℃～2000℃，时间为1～60min。在进一步的实施方案中，阴极电极金属为Ni、Ti、W、Ta或其中多种的混合物；阳极电极金属为Ni、Ti、W、Ta、Al、TiN、TiC、TiW或其中多种金属体系的叠层。在进一步的实施方案中，所述退火方式为快速热退火或激光退火。(三)有益效果本专利技术的有益效果是通过制备条状注入区和锥状注入区，尤其是锥形区域边缘更容易引发电场聚集效应，更容易发生雪崩效应，从而有效提高了碳化硅JBS结构的雪崩耐量。附图说明图1为本专利技术实施例的在SiC外延片顶面淀积好注入掩膜的结构示意图；图2为本专利技术实施例的在掩膜层上刻蚀形成条形沟槽后的结构示意图；图3为本专利技术实施例的在掩膜层上二次刻蚀形成多个不同深度沟槽后的结构示意图；图4为本专利技术实施例的在离子注入后的结构示意图；图5为本专利技术实施例的去除掩膜层后的结构示意图；图6为本专利技术实施例的在SiC外延片底面制备好阴极电极的结构示意图；图7为本专利技术实施例的淀积阳极金属后的结构示意图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本专利技术作进一步的详细说明。根据本专利技术的一个实施例，提供一种碳化硅JBS结构，如图6所示包括：N+型衬底2；N-型外延层3，位于所述N+型衬底2上；P型注入区4，位于所述N-型外延层3内；其中，上述N+型衬底2和N-型外延层3的材料为碳化硅；其中，所述P型注入区4包括条状注入区和锥状注入区。通过所述条状注入区和锥状注入区，可有效提高碳化硅JBS结构的雪崩耐量；其中，一般情况下所述锥状注入区的深度深于所述条状注入区的深度。在本实施例中，所述碳化硅JBS结构还包括：阴极电极1，制备于所述N+型衬底的底部；阳极电极5，制备于所述N-型外延层的顶部。根据本专利技术的另一个实施例，提供一种碳化硅JBS结构的制备方法，包括：如图1至图3所示，在碳化硅外延片的顶面淀积掩膜层6并刻蚀形成多个深度不同的沟槽；如图4所示，在碳化硅外延片的上表面进行离子注入，形成条状注入区和锥状注入区。其中，由于上述掩膜层6上的沟槽深度不同，使得在其上表面进行离子注入后，在其下层的外延层内形成不同深度的条状注入区和锥状注入区，从而实现提高所述的碳化硅JBS结构的雪崩耐量。在本实施例中，所述的碳化硅JBS结构的制备方法还包括：如图5所示，去除掩膜层6并高温退火激活注入离子；如图6所示，在碳化硅外延片底面淀积阴极电极金属，退火形成欧姆接触；在碳化硅外延片顶面淀积阳极电极金属。在本实施例中，所述刻蚀形成多个深度不同的沟槽包括：在所述掩膜层6上刻蚀条形沟槽；在不同于所述条形沟槽的方向再次进行条形刻蚀形成多个深度不同的沟槽。其中，沟槽的数量、深度不限。优选的，所述条形沟槽未刻蚀到掩膜层6底部；两次刻蚀重叠的区域刻蚀深度到达所述掩膜层6底部。在本实施例中，所述注入的离子为B或Al。在本实施例中，所述高温退火激活注入离子时，温度为1500℃～2000℃，时间为1～60min。在本实施例中，所述阴极电极金属为Ni、Ti、W、Ta或其中多种的混合物；所述阳极电极金属为Ni、Ti、W、Ta、Al、TiN、TiC、TiW或其中多种金属体系的叠层。在本实施例中，退火方式可以是快速热退火，也可是激光退火。需要说明的是，本文可提供包含特定值的参数的示范，但这些参数无需确切等于相应的值，而是可在可接受的误差容限或设计约束内近似于相应值。实施例中提到的方向用语，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”“顶”“底”等，仅是参考附图的方向，并非用来限制本专利技术的保护范围。此外，除非特别描述或必须依序发生的步骤，上述步骤的顺序并无限制于以上所列，且可根据所需设计而变化或重新安排。并且上述实施例可基于设计及可靠度的考虑，彼此混合搭配使用或与其他实施例混合搭配使用，即不同实施例中的技术特征可以自由组合形成更多的实施例。以上所述的具体实施例，对本专利技术的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本专利技术的具体实施例而已，并不用于限制本专利技术，凡在本专利技术的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本专利技术的保护范围之内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种碳化硅JBS结构，包括：/nN+型衬底(2)；/nN-型外延层(3)，位于所述N+型衬底(2)上；/nP型注入区(4)，位于所述N-型外延层(3)内；/n其中，上述N+型衬底(2)和N-型外延层(3)的材料为碳化硅；/n其特征在于，所述P型注入区(4)包括条状注入区和锥状注入区。/n

【技术特征摘要】
1.一种碳化硅JBS结构，包括：
N+型衬底(2)；
N-型外延层(3)，位于所述N+型衬底(2)上；
P型注入区(4)，位于所述N-型外延层(3)内；
其中，上述N+型衬底(2)和N-型外延层(3)的材料为碳化硅；
其特征在于，所述P型注入区(4)包括条状注入区和锥状注入区。


2.根据权利要求1所述的碳化硅JBS结构，其特征在于，还包括：
阴极电极(1)，制备于所述N+型衬底的底部；
阳极电极(5)，制备于所述N-型外延层的顶部。


3.一种碳化硅JBS结构的制备方法，其特征在于，包括：
在碳化硅外延片的顶表面淀积掩膜层(6)并刻蚀形成多个深度不同的沟槽；
在碳化硅外延片的上表面进行离子注入，形成条状注入区和锥状注入区。


4.根据权利要求3所述的碳化硅JBS结构的制备方法，其特征在于，还包括：
去除掩膜层(6)并高温退火激活注入离子；在碳化硅外延片底面淀积阴极电极金属，退火形成欧姆接触；在碳化硅外延片顶面淀积阳极电极金属。


5.根据权利要求3所...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘敏，武婧敏，杨香，樊中朝，王晓东，杨富华，
申请(专利权)人：中国科学院半导体研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11