碳化硅功率器件及其制备方法、钝化结构技术

一种碳化硅功率器件及其制备方法、钝化结构，涉及半导体器件技术领域。该钝化结构应用于碳化硅功率器件，包括设置于衬底上的碳化硅外延层，以及依次形成于碳化硅外延层上的肖特基金属层和正面金属层；钝化结构还包括厚度小于或等于0.1μm的钝化层，钝化层包括设置在碳化硅外延层上的第一部和与第一部连续的第二部，第二部至少包覆正面金属层的部分侧壁。该钝化结构能够有效解决器件在经过TCT测试后，器件钝化层发生开裂而引起器件可靠性降低，甚至失效的问题。至失效的问题。至失效的问题。

【技术实现步骤摘要】
碳化硅功率器件及其制备方法、钝化结构


[0001]本专利技术涉及半导体器件
，具体而言，涉及一种碳化硅功率器件及其制备方法、钝化结构。

技术介绍

[0002]随着全球电力的迅速普及，电源系统也被广泛的应用在世界各地。由于幅员辽阔，各地的气候特点并不相同。如昼夜温差较大的地方，需要对功率器件的封装材料和封装工艺提出更高要求；空气湿度较大的地方，需要关注器件抗湿气能力。
[0003]传统功率器件为防止外界水汽与可动离子(诸如，钠)对器件内部结构造成影响，通常会在终端区域覆盖钝化层，钝化层会一直延伸至正面电极表面。然而，具备该钝化层结构的功率器件在TCT(Temperature Cycle Test，温度循环测试)测试后，由于封装器件内的塑封料、金属和钝化层的热膨胀系数不同，它们之间会因为相互挤压而产生应力，进而在应力超过阈值时，金属表面与其上层的钝化层会发生开裂，这样，空气中的水汽与可动离子会沿着裂缝进入器件内部，造成器件性能的退化，甚至会造成器件失效。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种碳化硅功率器件及其制备方法、钝化结构，其能够有效解决器件在经过TCT测试后，器件钝化层发生开裂而引起器件可靠性降低，甚至失效的问题。
[0005]本专利技术的实施例是这样实现的：
[0006]本专利技术的第一方面，提供一种钝化结构，应用于碳化硅功率器件，该钝化结构包括设置于衬底上的碳化硅外延层，以及依次形成于碳化硅外延层上的肖特基金属层和正面金属层；钝化结构还包括厚度小于或等于0.1μm的钝化层，钝化层包括设置在碳化硅外延层上的第一部和与第一部连续的第二部，第二部至少包覆正面金属层的部分侧壁。该钝化结构能够有效解决器件在经过TCT测试后，器件钝化层发生开裂而引起器件可靠性降低，甚至失效的问题。
[0007]可选地，为了进一步保证钝化层的效果，钝化层厚度大于或等于0.02μm。
[0008]可选地，钝化结构还包括设置于碳化硅外延层与钝化层的第一部之间的氧化硅介质层、覆盖于钝化层和正面金属层上方的保护层。
[0009]可选地，第二部至少包覆正面金属层的侧壁的一半。
[0010]可选地，第二部远离碳化硅外延层的端面与正面金属层远离碳化硅外延层的表面平齐。
[0011]可选地，钝化层为氧化硅、氮化硅以及氧化硅和氮化硅制备而成的叠层中的任意一种。
[0012]可选地，肖特基金属层的材料为Ti、W、Ta、Ni、Mo和 Pt中的任意一种或者至少两种的组合，且其厚度在100nm至 500nm之间。
[0013]可选地，正面金属层的材料为Al、Ag、Cu和Au中的任意一种或者至少两种的组合，且其厚度在2μm至5μm之间。
[0014]本专利技术的第二方面，提供一种碳化硅功率器件，该碳化硅功率器件包括衬底、设置于衬底上且包括有源区和终端区的碳化硅外延层、设置于有源区上的肖特基金属层、设置于肖特基金属层上的正面金属层、设置于终端区上且与肖特基金属层邻接的钝化层，以及覆盖钝化层和正面金属层的保护层，保护层上开设有露出正面金属层的窗口；碳化硅功率器件还包括依次形成于衬底远离碳化硅外延层一面的欧姆金属层和背面金属层；其中，钝化层的厚度小于或等于0.1μm，且钝化层包括覆盖终端区的第一部和与第一部连续的第二部，第二部至少覆盖正面金属层的部分侧壁。
[0015]本专利技术的第三方面，提供一种碳化硅功率器件的制备方法，该方法包括：在衬底上形成碳化硅外延层，碳化硅外延层包括有源区和围绕有源区设置的终端区；在衬底远离碳化硅外延层的一面蒸镀欧姆金属层，并通过退火工艺形成欧姆接触；在有源区上沉积肖特基金属层；在肖特基金属层上沉积正面金属层；在终端区上形成钝化层，钝化层覆盖正面金属层，且钝化层的厚度小于或等于0.1μm；通过刻蚀工艺去除位于正面金属层上的钝化层，以形成钝化层结构，钝化层结构包括覆盖终端区的第一部和与第一部连续的第二部，第二部至少覆盖正面金属层的部分侧壁；在钝化结构上形成保护层，保护层覆盖正面金属层；刻蚀保护层，以露出部分正面金属层；在欧姆金属层远离衬底的一面沉积背面金属层。
[0016]可选地，通过刻蚀工艺去除位于正面金属层上的钝化层，以形成钝化层结构，包括：在钝化层上沉积光刻胶层，并通过光刻工艺在光刻胶层上开设露出部分正面金属层的窗口，以使光刻胶层覆盖正面金属层的边缘，且覆盖宽度在2μm至20μm 之间；通过干法刻蚀工艺，将覆盖在正面金属层上方的钝化层去除；去除光刻胶层。
[0017]本专利技术的有益效果包括：
[0018]本申请提供了一种钝化结构，应用于碳化硅功率器件，该钝化结构包括设置于衬底上的碳化硅外延层，以及依次形成于碳化硅外延层上的肖特基金属层和正面金属层；该钝化结构还包括厚度小于或等于0.1μm的钝化层，钝化层包括设置在碳化硅外延层上的第一部和与第一部连续的第二部，第二部至少包覆正面金属层的部分侧壁。这样一来，由于本申请提供的钝化结构的钝化层包括设置在碳化硅外延层上的第一部和与第一部连续且至少包覆正面金属层的部分侧壁的第二部，且钝化层的厚度小于或等于0.1μm，并且在正面金属层的上方并未设置钝化层，如此一来，其可以有效改善钝化层在TCT可靠性测试中正面金属层和钝化层的开裂现象。且由于正面金属层的上表面与钝化层之间无接触，所以钝化层在承受热循环而产生的应力时不会发生开裂，即通过去除正面金属层上方的介质，可以防止在温度循环过程中金属热膨胀挤压上方的钝化层，有效地消除钝化层开裂和金属本身开裂；减少外界可动离子或者其它污染物进入器件内部，引起器件电性能失效和可靠性失效。另外，本申请将钝化层的厚度不超过0.1μm的薄介质，既增加了设备的吞吐量，提高了产能，减少制造成本，也可以防止正面电极底部开裂，同时有一定的防止外界干扰的功能。
附图说明
[0019]为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本专利技术的某些实施例，因此不应被看作是对
范围的限定，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相关的附图。
[0020]图1为本专利技术实施例提供的碳化硅功率器件的结构示意图之一；
[0021]图2为本专利技术实施例提供的碳化硅功率器件的状态示意图之一；
[0022]图3为本专利技术实施例提供的碳化硅功率器件的状态示意图之二；
[0023]图4为本专利技术实施例提供的碳化硅功率器件的状态示意图之三；
[0024]图5为本专利技术实施例提供的碳化硅功率器件的状态示意图之四；
[0025]图6为本专利技术实施例提供的碳化硅功率器件的状态示意图之五；
[0026]图7为本专利技术实施例提供的碳化硅功率器件的状态示意图之六；
[0027]图8为本专利技术实施例提供的碳化硅功率器件的状态示意图之七；
[0028]图9为本专利技术实施例提供的碳化硅功率器件的状态示意图之八；
[0029]图10为本专利技术实施例提本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种钝化结构，应用于碳化硅功率器件，所述钝化结构包括设置于衬底上的碳化硅外延层，以及依次形成于所述碳化硅外延层上的肖特基金属层和正面金属层；其特征在于：所述钝化结构还包括厚度小于或等于0.1μm的钝化层，所述钝化层包括设置在所述碳化硅外延层上的第一部和与所述第一部连续的第二部，所述第二部至少包覆所述正面金属层的部分侧壁。2.根据权利要求1所述的钝化结构，其特征在于，所述钝化结构还包括设置于所述碳化硅外延层与所述钝化层的第一部之间的氧化硅介质层、覆盖于所述钝化层和所述正面金属层上方的保护层。3.根据权利要求1所述的钝化结构，其特征在于，所述第二部至少包覆所述正面金属层的侧壁的一半。4.根据权利要求1所述的钝化结构，其特征在于，所述第二部远离所述碳化硅外延层的端面与所述正面金属层远离所述碳化硅外延层的表面平齐。5.根据权利要求1至4中任意一项所述的钝化结构，其特征在于，所述钝化层为氧化硅、氮化硅以及氧化硅和氮化硅制备而成的叠层中的任意一种。6.根据权利要求1所述的钝化结构，其特征在于，所述肖特基金属层的材料为Ti、W、Ta、Ni、Mo和Pt中的任意一种或者至少两种的组合，且其厚度在100nm至500nm之间。7.根据权利要求1所述的钝化结构，其特征在于，所述正面金属层的材料为Al、Ag、Cu和Au中的任意一种或者至少两种的组合，且其厚度在2μm至5μm之间。8.一种碳化硅功率器件，其特征在于，包括衬底、设置于所述衬底上且包括有源区和终端区的碳化硅外延层、设置于所述有源区上的肖特基金属层、设置于所述肖特基金属层上的正面金属层、设置于所述终端区上且与所述肖特基金属层邻接的钝化层，以及覆盖所述钝...

【专利技术属性】
技术研发人员：陶永洪，蔡文必，徐少东，
申请(专利权)人：厦门市三安集成电路有限公司，
类型：发明
国别省市：