具有阶梯形结构的JBS两级管器件结构及其制造方法技术

本发明专利技术涉及一种具有阶梯形结构的JBS两级管器件结构及其制造方法，在第一导电类型重掺杂衬底上设第一导电类型外延层，在第一导电类型外延层上表面内设呈阶梯形结构的第二导电类型体区，第二导电类型体区的宽度从下往上呈逐层增大设置，在第一导电类型外延层与第二导电类型体区的上表面设有氧化层与肖特基金属层，在肖特基金属层和氧化层的左端结合界面下方以及右端结合界面下方均设有一个第二导电类型体区，在肖特基金属层和氧化层的左右两端结合界面之间还至少设有一个第二导电类型体区，在衬底的下表面设有欧姆金属层。本发明专利技术可以达到提高器件耐压能力、降低反偏电压时的漏电电流、增强抗浪涌能力，进一步优化器件的可靠性。

【技术实现步骤摘要】
具有阶梯形结构的JBS两级管器件结构及其制造方法
本专利技术涉及两级管器件
，具体地说是一种具有阶梯形结构的JBS（结势垒肖特基）两级管器件结构及其制造方法。
技术介绍
处于第三代宽禁带半导体材料领域的碳化硅化合物，由于其独特的耐高压，耐高温，高热传导系数，非常适合高压大功率器件市场应用。2001年全球第一颗600V碳化硅肖特基两级管SBD（SchottkyBarrierDiode，肖特基势垒两级管）正式商用化之后，碳化硅肖特基两级管器件优异的电参数特性，已经给功率因数改善（powerfactorcorrection），光伏逆变器，交流到直流电源转换电路，新能源汽车等领域带来了全新的终端应用。但是第一代平面碳化硅肖特基两级管有两个主要问题，第一个问题是碳化硅肖特基两级管器件表面电场强度大约是硅材料器件的8到10倍，在高温反偏电压操作时，肖特基金属层和碳化硅材料接触面之间的隧道（tunneling）效应和纳米洞（nanopit）缺陷都会扩大漏电电流，造成对器件可靠性的疑虑；第二个问题是第一代的平面碳化硅肖特基两级管由于芯片面积只有同样规格硅基器件的1/3，其抗浪涌能力也远小于硅基材料的肖特基两级管，这也对大电流大功率的应用带来不少困扰。
技术实现思路
本专利技术的目的之一是克服现有技术中存在的不足，提供一种能降低表面电场强度、减少漏电电流和提高抗浪涌能力的肖特基两级管器件结构。本专利技术的另一目的是提供一种具有阶梯形结构的JBS两级管器件结构的制造方法。按照本专利技术提供的技术方案，所述具有阶梯形结构的JBS两级管器件结构，包括平面型肖特基金属区和氧化层保护区，平面型肖特基金属区位于器件的中心区；所述平面型肖特基金属区包括半导体基板，半导体基板包括第一导电类型重掺杂衬底及位于第一导电类型重掺杂衬底的上表面的第一导电类型外延层，在第一导电类型外延层的上表面内设有呈阶梯形结构的第二导电类型体区，第二导电类型体区的宽度从下往上呈逐层增大设置，每个第二导电类型体区均由第二导电类型材料构成，在第一导电类型外延层与第二导电类型体区的上表面设有氧化层与肖特基金属层，氧化层包围肖特基金属层，在肖特基金属层和氧化层的左端结合界面下方以及右端结合界面下方均设有一个第二导电类型体区，在肖特基金属层和氧化层的左右两端结合界面之间还至少设有一个第二导电类型体区，在第一导电类型重掺杂衬底的下表面设有欧姆金属层；所述肖特基金属层作为器件的阳极，欧姆金属层作为器件的阴极。作为优选，所述第一导电类型重掺杂衬底与第一导电类型外延层为N型导电，第二导电类型体区与第二导电类型材料为P型导电材料。作为优选，所述肖特基金属层为平面型，且肖特基金属层的厚度为100–1000Å。作为优选，所述氧化层位于芯片周围，包围并且保护第一导电类型外延层和位于器件中间的肖特基金属层。作为优选，位于最左侧和最右侧的第二导电类型体区作为保护器件的终端外环。作为优选，所述第一导电类型重掺杂衬底和第一导电类型外延层均为碳化硅材质。作为优选，所述肖特基金属层的厚度小于氧化层的厚度。作为优选，所述欧姆金属层的材质为Ti/Ni/Ag合金或者Ti/Ni/Al合金。一种具有阶梯形结构的JBS两级管器件结构的制造方法包括以下步骤：步骤一.提供第一导电类型重掺杂衬底，在第一导电类型重掺杂衬底上生长第一导电类型外延层，第一导电类型外延层的上表面为第一主面，第一导电类型重掺杂衬底的下表面为第二主面；步骤二.通过器件设计的图形化光刻板的遮挡，对第一主面进行第一次高温高能离子注入第二导电类型材料，在第一导电类型外延层内形成多个第一层的第二导电类型体区，注入结束后采用湿法腐蚀或是热HF去掉表面氧化层；步骤三.通过器件设计的图形化光刻板的遮挡，对第一主面进行至少两次高温高能离子注入第二导电类型材料，每一次注入的深度小于上一次注入的深度，每一次注入的宽度大于上一次注入的宽度，在第一导电类型外延层内再形成至少两层的第二导电类型体区，使得由多次高温高能离子注入第二导电类型材料而形成的第二导电类型体区呈阶梯型结构，该阶梯型结构的宽度从下往上呈逐层增大设置，每一次注入结束后采用湿法腐蚀或是热HF去掉表面氧化层，最后一次清除表面氧化层后，采用热氮气清除表面残留的杂质；步骤四.采用热氧化工艺，在第一导电类型外延层和第二导电类型体区的上方生长一层氧化层；步骤五.在图形化光刻板的遮挡下，在氧化层的中间进行干法蚀刻，形成中间的肖特基金属区和边缘的氧化层保护区；步骤六.在肖特基金属区内镀上一层肖特基金属材料，形成肖特基金属层；步骤七.在第二主面镀上一层低电阻值的欧姆金属材料，形成欧姆金属层，欧姆金属层作为器件的阴极。本专利技术利用多个阶梯形结构的第二导电类型体区来有效调节优化分散平面型肖特基两级管器件的表面电场强度，可以达到提高器件耐压能力，降低反偏电压时的漏电电流，增强抗浪涌能力，进一步优化器件的可靠性。附图说明图1是本专利技术实施例1中步骤一提供的第一导电类型重掺杂衬底和第一导电类型外延层的结构示意图。图2是本专利技术实施例1中经过步骤二处理后的结构示意图。图3是本专利技术实施例1中经过步骤三处理后的结构示意图。图4是本专利技术实施例1中经过步骤四处理后的结构示意图。图5是本专利技术实施例1中经过步骤五处理后的结构示意图。图6是本专利技术实施例1中经过步骤六处理后的结构示意图。图7是本专利技术实施例1中经过步骤七处理后的结构示意图。图8是本专利技术实施例1中经过步骤八处理后的结构示意图。图9为传统平面型碳化硅JBS两级管的剖面结构示意图。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术作进一步说明。实施例1一种具有阶梯形结构的JBS两级管器件结构，包括平面型肖特基金属区和氧化层保护区，平面型肖特基金属区位于器件的中心区；所述平面型肖特基金属区包括半导体基板，半导体基板包括第一导电类型重掺杂衬底1及位于第一导电类型重掺杂衬底1的上表面的第一导电类型外延层2，在第一导电类型外延层2的上表面内设有呈阶梯形结构的第二导电类型体区3，第二导电类型体区3的宽度从下往上呈逐层增大设置，每个第二导电类型体区3均由第二导电类型材料4构成，在第一导电类型外延层2与第二导电类型体区3的上表面设有氧化层5与肖特基金属层6，氧化层5包围肖特基金属层6，在肖特基金属层6和氧化层5的左端结合界面下方以及右端结合界面下方均设有一个第二导电类型体区3，在肖特基金属层6和氧化层5的左右两端结合界面之间还设有三个第二导电类型体区3，在第一导电类型重掺杂衬底1的下表面设有欧姆金属层7；所述肖特基金属层6作为器件的阳极，欧姆金属层7作为器件的阴极。所述第一导电类型重掺杂衬底1与第一导电类型外延层2为N型导电，第二导电类型体区3与第二导电类型材料4为P型导电材料。所述肖特基金属层6为平面型，且肖特基金属层6的厚度为100–1000Å。所述氧本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有阶梯形结构的JBS两级管器件结构，包括平面型肖特基金属区和氧化层保护区，平面型肖特基金属区位于器件的中心区；所述平面型肖特基金属区包括半导体基板，半导体基板包括第一导电类型重掺杂衬底（1）及位于第一导电类型重掺杂衬底（1）的上表面的第一导电类型外延层（2），其特征是：在第一导电类型外延层（2）的上表面内设有呈阶梯形结构的第二导电类型体区（3），第二导电类型体区（3）的宽度从下往上呈逐层增大设置，每个第二导电类型体区（3）均由第二导电类型材料（4）构成，在第一导电类型外延层（2）与第二导电类型体区（3）的上表面设有氧化层（5）与肖特基金属层（6），氧化层（5）包围肖特基金属层（6），在肖特基金属层（6）和氧化层（5）的左端结合界面下方以及右端结合界面下方均设有一个第二导电类型体区（3），在肖特基金属层（6）和氧化层（5）的左右两端结合界面之间还至少设有一个第二导电类型体区（3），在第一导电类型重掺杂衬底（1）的下表面设有欧姆金属层（7）；所述肖特基金属层（6）作为器件的阳极，欧姆金属层（7）作为器件的阴极。/n

【技术特征摘要】
1.一种具有阶梯形结构的JBS两级管器件结构，包括平面型肖特基金属区和氧化层保护区，平面型肖特基金属区位于器件的中心区；所述平面型肖特基金属区包括半导体基板，半导体基板包括第一导电类型重掺杂衬底（1）及位于第一导电类型重掺杂衬底（1）的上表面的第一导电类型外延层（2），其特征是：在第一导电类型外延层（2）的上表面内设有呈阶梯形结构的第二导电类型体区（3），第二导电类型体区（3）的宽度从下往上呈逐层增大设置，每个第二导电类型体区（3）均由第二导电类型材料（4）构成，在第一导电类型外延层（2）与第二导电类型体区（3）的上表面设有氧化层（5）与肖特基金属层（6），氧化层（5）包围肖特基金属层（6），在肖特基金属层（6）和氧化层（5）的左端结合界面下方以及右端结合界面下方均设有一个第二导电类型体区（3），在肖特基金属层（6）和氧化层（5）的左右两端结合界面之间还至少设有一个第二导电类型体区（3），在第一导电类型重掺杂衬底（1）的下表面设有欧姆金属层（7）；所述肖特基金属层（6）作为器件的阳极，欧姆金属层（7）作为器件的阴极。


2.根据权利要求1所述的具有阶梯形结构的JBS两级管器件结构，其特征是：所述第一导电类型重掺杂衬底（1）与第一导电类型外延层（2）为N型导电，第二导电类型体区（3）与第二导电类型材料（4）为P型导电材料。


3.根据权利要求1所述的具有阶梯形结构的JBS两级管器件结构，其特征是：所述肖特基金属层（6）为平面型，且肖特基金属层（6）的厚度为100–1000Å。


4.根据权利要求1所述的具有阶梯形结构的JBS两级管器件结构，其特征是：所述氧化层（5）位于芯片周围，包围并且保护第一导电类型外延层（2）和位于器件中间的肖特基金属层（6）。


5.根据权利要求1所述的具有阶梯形结构的JBS两级管器件结构，其特征是：位于最左侧和最右侧的第二导电类型体区（3）作为保护器件的终端外环。


6.根据权利要求1所述的具有阶梯形结构的JBS两级管器件结构，其特征是：所述第一导电类型重掺杂衬...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈彦豪，
申请(专利权)人：苏州凤凰芯电子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32