一种基于金刚石终端结构的4H-SiC肖特基二极管及制作方法技术

本发明专利技术涉及一种基于金刚石终端结构的4H

【技术实现步骤摘要】
一种基于金刚石终端结构的4H
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SiC肖特基二极管及制作方法


[0001]本专利技术属于半导体器件结构与制作
，具体涉及一种基于金刚石终端结构的4H
‑
SiC肖特基二极管及制作方法。

技术介绍

[0002]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。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。
[0003]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。
[0004]为了实现较高的应用可靠性，需要对SiC肖特基二极管的金属边缘区域进行保护，以降低此处的电场集中现象。在常规穿通结构的SiC功率肖特基二极管制作工艺中，采用P型SiC终端保护区对SiC肖特基二极管的金属边缘区域进行保护。然而，受实际工艺误差，在高温反偏、潮热反偏等可靠性测试中，采用P型SiC终端保护区的SiC肖特基二极管的金属边缘区域的电场集中现象仍比较明显，导致器件的漏电流增大，器件性能退化。

技术实现思路

[0005]为了解决现有技术中存在的上述问题，本专利技术提供了一种基于金刚石终端结构的4H
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SiC肖特基二极管及制作方法。本专利技术要解决的技术问题通过以下技术方案实现：
[0006]本专利技术实施例提供了一种基于金刚石终端结构的4H
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SiC肖特基二极管，包括：
[0007]SiC外延层；
[0008]有源区，位于所述SiC外延层的表层中；
[0009]终端区，位于所述SiC外延层中且位于所述有源区的两侧，其中，所述终端区包括若干第一金刚石终端结构和若干第二金刚石终端结构，若干所述第一金刚石终端结构间隔排列，若干所述第二金刚石终端结构间隔排列，且若干所述第一金刚石终端结构和若干所述第二金刚石终端结构上下交替分布，若干所述第一金刚石终端结构与所述SiC外延层之间、若干所述第二金刚石终端结构与所述SiC外延层之间均形成pn结。
[0010]在本专利技术的一个实施例中，所述SiC外延层的材料包括N型SiC或P型SiC，所述第一金刚石终端结构的材料和所述第二金刚石终端结构的材料均包括P型金刚石或N型金刚石。
[0011]在本专利技术的一个实施例中，若干所述第一金刚石终端结构均匀分布，若干所述第二金刚石终端结构均匀分布。
[0012]在本专利技术的一个实施例中，所述第一金刚石终端结构和所述第二金刚石终端结构之间的垂直距离为0.2～0.7μm；
[0013]相邻所述第一金刚石终端结构与所述第二金刚石终端结构之间的水平距离为1～2.6μm；
[0014]所述第一金刚石终端结构与所述第二金刚石终端结构的厚度均为0.5～1.5μm。
[0015]在本专利技术的一个实施例中，所述有源区包括若干间隔排列的有源区金刚石结构，所述有源区金刚石结构与所述SiC外延层之间形成pn结。
[0016]在本专利技术的一个实施例中，所述有源区金刚石结构的材料包括P型金刚石或N型金刚石。
[0017]在本专利技术的一个实施例中，若干所述有源区金刚石结构均匀分布，相邻所述有源区金刚石结构之间的距离为2～4μm，所述有源区金刚石结构的厚度为0.5～1.5μm。
[0018]在本专利技术的一个实施例中，还包括：SiC衬底、欧姆接触金属层、第一接触层、第一钝化层、肖特基接触金属层、第二接触层和第二钝化层，其中，
[0019]所述第一接触层、所述欧姆接触金属层、所述SiC衬底和所述SiC外延层依次层叠；
[0020]所述第一钝化层位于所述SiC外延层上，且位于所述终端区上方；
[0021]所述肖特基接触金属层位于所述SiC外延层上且位于所述有源区上方，其端部覆盖所述第一钝化层的部分表面；
[0022]所述第二接触层位于所述肖特基接触金属层上；
[0023]所述第二钝化层覆盖所述第一钝化层、所述肖特基接触金属层的端部和所述第二接触层的端部。
[0024]本专利技术的另一个实施例提供了一种基于金刚石终端结构的4H
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SiC肖特基二极管的制作方法，包括步骤：
[0025]刻蚀第一SiC外延子层，形成若干间隔排列的第一沟槽；
[0026]在若干所述第一沟槽中生长金刚石，形成若干间隔排列的第二金刚石终端结构，其中，所述第一SiC外延子层与所述第二金刚石终端结构之间形成pn结；
[0027]在所述第一SiC外延子层上生长SiC，形成第二SiC外延子层，其中，所述第一SiC外延子层和所述第二SiC外延子层形成SiC外延层；
[0028]刻蚀所述第二SiC外延子层，形成若干间隔排列的第二沟槽；
[0029]在若干所述第二沟槽中生长金刚石，形成若干间隔排列的有源区金刚石结构和位于所述有源区金刚石结构外侧的若干第一金刚石终端结构，其中，若干所述第一金刚石终端结构和若干所述第二金刚石终端结构构成终端区，若干所述有源区金刚石结构构成有源区，若干所述第一金刚石终端结构和若干所述第二金刚石终端结构上下交替分布，所述第二SiC外延子层与所述第一金刚石终端结构、所述第二金刚石终端结构之间均形成pn结。
[0030]在本专利技术的一个实施例中，在若干所述第二沟槽中生长金刚石，形成有源区和位于所述有源区的两侧的终端区之后，还包括步骤：
[0031]在所述SiC外延层上制备第一钝化层，使得所述第一钝化层位于所述终端区上方；
[0032]在SiC衬底背面制备欧姆接触金属层，其中，所述SiC外延层位于所述SiC衬底上；
[0033]在所述SiC外延层上制备肖特基接触金属层，使得所述肖特基接触金属层位于所述有源区上方且其端部覆盖所述第一钝化层的部分表面；
[0034]在所述肖特基接触金属层上制备第二接触层；
[0035]在所述欧姆接触金属层的背面制备第一接触层；
[0036]在所述第一钝化层、所述肖特基接触金属层的端部和所述第二接触层的端部上制备所述第二钝化层。
[0037]与现有技术相比，本专利技术的有益效果：
[0038]1、本专利技术的肖特基二极管中终端区采用金刚石材料，金刚石具有较高的击穿场强，可以显著降低4H
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SiC肖特基二极管周边区域的电场集中现象，降低器件的漏电流，提升器件可靠性，同时保证器件本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于金刚石终端结构的4H
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SiC肖特基二极管，其特征在于，包括：SiC外延层(1)；有源区(2)，位于所述SiC外延层(1)的表层中；终端区(3)，位于所述SiC外延层(1)中且位于所述有源区(2)的两侧，其中，所述终端区(3)包括若干第一金刚石终端结构(31)和若干第二金刚石终端结构(32)，若干所述第一金刚石终端结构(31)间隔排列，若干所述第二金刚石终端结构(32)间隔排列，且若干所述第一金刚石终端结构(31)和若干所述第二金刚石终端结构(32)上下交替分布，若干所述第一金刚石终端结构(31)与所述SiC外延层(1)之间、若干所述第二金刚石终端结构(32)与所述SiC外延层(1)之间均形成pn结。2.根据权利要求1所述的基于金刚石终端结构的4H
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SiC肖特基二极管，其特征在于，所述SiC外延层(1)的材料包括N型SiC或P型SiC，所述第一金刚石终端结构(31)的材料和所述第二金刚石终端结构(32)的材料均包括P型金刚石或N型金刚石。3.根据权利要求1所述的基于金刚石终端结构的4H
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SiC肖特基二极管，其特征在于，若干所述第一金刚石终端结构(31)均匀分布，若干所述第二金刚石终端结构(32)均匀分布。4.根据权利要求1所述的基于金刚石终端结构的4H
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SiC肖特基二极管，其特征在于，所述第一金刚石终端结构(31)和所述第二金刚石终端结构(32)之间的垂直距离为0.2～0.7μm；相邻所述第一金刚石终端结构(31)与所述第二金刚石终端结构(32)之间的水平距离为1～2.6μm；所述第一金刚石终端结构(31)与所述第二金刚石终端结构(32)的厚度均为0.5～1.5μm。5.根据权利要求1所述的基于金刚石终端结构的4H
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SiC肖特基二极管，其特征在于，所述有源区(2)包括若干间隔排列的有源区金刚石结构(21)，所述有源区金刚石结构(21)与所述SiC外延层(1)之间形成pn结。6.根据权利要求5所述的基于金刚石终端结构的4H
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SiC肖特基二极管，其特征在于，所述有源区金刚石结构(21)的材料包括P型金刚石或N型金刚石。7.根据权利要求5所述的基于金刚石终端结构的的4H
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SiC肖特基二极管，其特征在于，若干所述有源区金刚石结构(21)均匀分布，相邻所述有源区金刚石结构(21)之间的距离为2～4μm，所述有源区金刚石结构(21)的厚度为0.5～1.5μm。8.根据权利要求1所述的基于金刚石终端结构的4H
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SiC肖特基二极管，其特征在于，还包括：SiC衬底(4)、欧姆接触金属层(5)、第一接触层(6)、第一钝化层(7)、肖特基接触金属层(8)、第二接触层(9)...

【专利技术属性】
技术研发人员：李京波，王小周，赵艳，
申请(专利权)人：浙江芯国半导体有限公司，
类型：发明
国别省市：