一种SiC肖特基功率二极管及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种SiC肖特基功率二极管，包括衬底、隔离层以及外延层；外延层的第一区域中部刻有阴极凹槽，第二区域以及阴极凹槽在表面形成N+注入区；阴极凹槽两侧的外延层形成两个P+注入区，一个上方覆盖第一钝化层，另一个上方部分覆盖第二钝化层，部分覆盖阳极欧姆接触金属层；还包括：阴极欧姆接触金属层，覆盖在N+注入区的正上方且填满阴极凹槽；阳极肖特基金属层，堆叠在第一区域的最上方，并与阳极欧姆接触金属层电连接，与二个P+注入区一起形成PIN结构；阴极欧姆接触金属层和阳极肖特基金属层之间有中间介质。本发明专利技术提升了高工作电压下的4H

【技术实现步骤摘要】
一种SiC肖特基功率二极管及其制备方法


[0001]本专利技术属于半导体
，具体涉及一种SiC肖特基功率二极管及其制备方法。

技术介绍

[0002]SiC(碳化硅)常见的晶体类型有3C、4H以及6H等。其中，4H
‑
SiC因其质量好、价格低的特点，是制造电力电子功率器件的不二之选。
[0003]4H
‑
SiC肖特基功率二极管适用于整流、逆变等功率系统中，是目前电动汽车、工业控制、高铁等新型产业能源转换系统中不可或缺的新型功率元器件之一。随着功率容量的不断提升，4H
‑
SiC肖特基功率二极管的工作电压和工作电流也要随之进一步提升。
[0004]现有的4H
‑
SiC功率肖特基功率二极管中，为了实现较高的工作电压(大于3000V)，大多是通过加厚其外延层来实现的，3000V以上的工作电压需要外延层的厚度在30μm以上。然而，当外延层的厚度大于20μm时，SiC外延工艺将使得4H
‑
SiC肖特基功率二极管的性能和良率大幅下降，对器件的产品化不利。因此，如何提升高工作电压下的4H
‑
SiC肖特基功率二极管的性能和良率，是一个亟待解决的技术问题。

技术实现思路

[0005]为了解决现有技术中所存在的上述问题，本专利技术提供了一种SiC肖特基功率二极管及其制备方法。
[0006]本专利技术要解决的技术问题通过以下技术方案实现：
[0007]一种SiC肖特基功率二极管，包括：
[0008]N型4H
‑
SiC衬底；
[0009]P型4H
‑
SiC隔离层，覆盖在所述N型4H
‑
SiC衬底上方；
[0010]N型4H
‑
SiC外延层，覆盖在所述P型4H
‑
SiC隔离层上方；所述N型4H
‑
SiC外延层的厚度为2μm～4μm；
[0011]其中，所述N型4H
‑
SiC外延层沿z方向分为两个区域，其中第一区域沿x方向的中部刻有阴极凹槽，第二区域以及所述阴极凹槽均从表面注入氮元素形成连续的N+注入区；沿x方向在所述阴极凹槽两侧的N型4H
‑
SiC外延层的部分表面注入铝元素形成两个P+注入区，其中第一个P+注入区上方覆盖第一钝化层，第二个P+注入区上方靠近所述阴极凹槽的部分覆盖第二钝化层，其余部分覆盖阳极欧姆接触金属层；所述P+注入区和所述N+注入区不相接；
[0012]所述SiC肖特基功率二极管还包括：阴极欧姆接触金属层、阳极肖特基金属层以及该两者之间的中间介质；
[0013]其中，所述阴极欧姆接触金属层，覆盖在所述N+注入区的正上方，且填满所述阴极凹槽；所述第一钝化层、所述第二钝化层均和所述阴极凹槽正上方突出的阴极欧姆接触金属层水平相接；
[0014]所述阳极肖特基金属层，堆叠在所述第一区域的最上方，并与所述阳极欧姆接触
金属层电连接，以和所述阳极欧姆接触金属层以及所述第二个P+注入区形成PIN结构。
[0015]优选地，所述阴极凹槽包括：矩形阴极凹槽；
[0016]所述矩形阴极凹槽的深度为0.3μm～0.5μm，宽度为5μm～10μm。
[0017]优选地，所述阴极凹槽包括：倒梯形阴极凹槽；
[0018]所述倒梯形阴极凹槽的深度为0.3μm～0.5μm，底部宽度为5μm～10μm，底部内角的角度为80
°±5°
。
[0019]优选地，所述第一钝化层和所述第二钝化层均为SiO2钝化层，所述SiO2钝化层的厚度为500nm
±
100nm。
[0020]优选地，所述N+注入区的厚度为0.3μm～0.5μm。
[0021]优选地，所述阴极欧姆接触金属层的材质包括：Ni、Ti、NiSi合金或TiSi合金。
[0022]优选地，所述阳极欧姆接触金属层的材质包括：Ti、Al、TiAl合金或TiSi合金。
[0023]优选地，所述阳极肖特基金属层的材质包括：Ti、Ni、W、Au或Pt。
[0024]本专利技术还提供了一种SiC肖特基功率二极管的制备方法，包括：
[0025]获取N型4H
‑
SiC衬底，并在所述N型4H
‑
SiC衬底上方淀积P型4H
‑
SiC隔离层；
[0026]在所述P型4H
‑
SiC隔离层上方淀积厚度为2～4μm的N型4H
‑
SiC外延层；其中，所述N型4H
‑
SiC外延层沿z方向分为第一区域和第二区域两个区域；
[0027]在所述第一区域沿x方向的中部刻蚀阴极凹槽；
[0028]从所述第二区域以及所述阴极凹槽的表面注入氮元素，形成连续的N+注入区；
[0029]沿x方向在所述阴极凹槽两侧的N型4H
‑
SiC外延层的部分表面注入铝元素形成两个P+注入区；
[0030]在第一个所述P+注入区上方淀积第一钝化层，并在第二个所述P+注入区上方靠近所述阴极凹槽的部分淀积第二钝化层；
[0031]在所述N+注入区正上方制作阴极欧姆接触金属层，并在第二个所述P+注入区上方除所述第二钝化层以外的部分制作阳极欧姆接触金属层，然后进行热退火处理；其中，制作完成的阴极欧姆接触金属层填满所述阴极凹槽；
[0032]在当前样品上生长中间介质，以将所述阴极欧姆接触金属层与待要制作的阳极肖特基金属层间隔开；
[0033]在所述第一区域的最上方堆叠所述阳极肖特基金属层，以使该阳极肖特基金属层与所述阳极欧姆接触金属层以及第二个所述P+注入区形成PIN结构。
[0034]优选地，所述阴极凹槽包括：矩形阴极凹槽或倒梯形阴极凹槽；其中，
[0035]所述矩形阴极凹槽的深度为0.3μm～0.5μm，宽度为5μm～10μm；
[0036]所述倒梯形阴极凹槽的深度为0.3μm～0.5μm，底部宽度为5μm～10μm，底部内角的角度为80
°±5°
。
[0037]本专利技术提供的SiC肖特基功率二极管，阴极和阳极设置于同侧，使得两极间的导通路径行进在外延层的水平方向上，不依赖于外延层在垂直方向上的厚度；由此使得本专利技术对外延层的厚度要求不高，在2～4μm的厚度下即可工作在3000V以上；相比于现有的肖特基功率二极管若要达到3000V以上的工作电压需要外延层的厚度在30μm以上，本专利技术对外延工艺要求不高，现有外延工艺完全可以满足，不会因工艺的不足而导致器件的性能和良率下降。其中，为了确保肖特基功率二极管在高工作电压下的性能，本专利技术一方面在外延层中
刻蚀阴极凹槽来制作阴极欧姆接触金属层作为阴极，以此来增大阴极的表面面积，从而提升肖特基功率二极管的电流导通面积以及缩短从阳极到阴极的电流路径，有效提升器件的正向导通能本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种SiC肖特基功率二极管，其特征在于，包括：N型4H
‑
SiC衬底(1)；P型4H
‑
SiC隔离层(2)，覆盖在所述N型4H
‑
SiC衬底(1)上方；N型4H
‑
SiC外延层(3)，覆盖在所述P型4H
‑
SiC隔离层(2)上方；所述N型4H
‑
SiC外延层(3)的厚度为2μm～4μm；其中，所述N型4H
‑
SiC外延层(3)沿z方向分为两个区域，其中第一区域沿x方向的中部刻有阴极凹槽(4)，第二区域以及所述阴极凹槽(4)均从表面注入氮元素形成连续的N+注入区(5)；沿x方向在所述阴极凹槽(4)两侧的N型4H
‑
SiC外延层(3)的部分表面注入铝元素形成两个P+注入区(6)，其中第一个P+注入区(6)上方覆盖第一钝化层(7)，第二个P+注入区(6)上方靠近所述阴极凹槽(4)的部分覆盖第二钝化层，其余部分覆盖阳极欧姆接触金属层(8)；所述P+注入区(6)和所述N+注入区(5)不相接；所述SiC肖特基功率二极管还包括：阴极欧姆接触金属层(9)、阳极肖特基金属层(10)以及该两者之间的中间介质(11)；其中，所述阴极欧姆接触金属层(9)，覆盖在所述N+注入区(5)的正上方，且填满所述阴极凹槽(4)；所述第一钝化层(7)、所述第二钝化层均和所述阴极凹槽(4)正上方突出的阴极欧姆接触金属层(9)水平相接；所述阳极肖特基金属层(10)，堆叠在所述第一区域的最上方，并与所述阳极欧姆接触金属层(8)电连接，以和所述阳极欧姆接触金属层(8)以及所述第二个P+注入区(6)形成PIN结构。2.根据权利要求1所述的SiC肖特基功率二极管，其特征在于，所述阴极凹槽(4)包括：矩形阴极凹槽；所述矩形阴极凹槽的深度为0.3μm～0.5μm，宽度为5μm～10μm。3.根据权利要求1所述的SiC肖特基功率二极管，其特征在于，所述阴极凹槽(4)包括：倒梯形阴极凹槽；所述倒梯形阴极凹槽的深度为0.3μm～0.5μm，底部宽度为5μm～10μm，底部内角的角度为80
°±5°
。4.根据权利要求1所述的SiC肖特基功率二极管，其特征在于，所述第一钝化层(7)和所述第二钝化层均为SiO2钝化层，所述SiO2钝化层的厚度为500nm
±
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【专利技术属性】
技术研发人员：李鑫，
申请(专利权)人：瑶芯微电子科技上海有限公司，
类型：发明
国别省市：