碳化硅肖特基器件的外延边端及制造组合该边端的碳化硅器件的方法技术

通过包含在肖特基整流器的电压阻挡层上并邻近碳化硅肖特基整流器的肖特基接触处的一碳化硅外延区提供碳化硅肖特基整流器的边端。碳化硅外延层可以有一厚度和一掺杂水平使得在阻挡层表面掺杂的基础上提供碳化硅外延区内的电荷。碳化硅外延区可以形成一与肖特基接触的非欧姆接触。碳化硅外延区可以有一约１．５至约５倍阻挡层厚度的宽度。还提供了有这种边端的肖特基整流器以及制造这种边端和这种整流器的方法。这种方法还可以有助于提高所生产器件的性能并可简化制造工艺。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及微电子器件而且更特别涉及碳化硅肖特基器件的边端。
技术介绍
能处理在600V至2.5kV之间电压的高压碳化硅(SiC)肖特基二极管预期能与制造的相同电压额度硅PIN二极管相竞争。这样的二极管根据其有效面积可以处理高达100安培的电流。高压肖特基二极管有许多重要的应用，特别是在功率调节、分配和控制领域内。在这些应用中SiC肖特基二极管的一项重要特性就是它的开关速度。以硅为基础的PIN器件一般表现较差的开关速度。一个硅PIN二极管根据其电压额度可以有大约20kHz的最大开关速度。相比之下，以碳化硅为基础的器件理论上能有很高的开关速度，譬如胜过硅的100倍以上。此外，碳化硅器件可以有能力处理比硅器件更高的电流密度。然而，以碳化硅为基础的肖特基器件的可靠生产可能是困难的。SiC肖特基二极管中的一般边端要求向晶体中作p型掺杂剂的离子注入。这样的注入可能引起对晶格的大量损伤，它可能需要高温退火修复这种损伤。出于一些原因这种高温退火步骤(＞1500℃)可能不合乎需要。例如，由于在这样一种高温退火下硅倾向于从露出的晶体表面分离，高温退火倾向于使在其上要制成肖特基接触的SiC表面退化。以这种方式失去硅就可能造成金属和半导体表面之间的肖特基接触降低质量。高温退火还有其它缺点。也就是它们一般花费时间而且费用高昂。此外，p型掺杂剂(Al)的注入可以引起大量晶格损伤，而其它的种类掺杂剂(B)激活率又差。常规的SiC肖特基二极管结构有一n型SiC基底，在其上形成一层n-外延层起漂移区的作用。器件一般包含一直接形成在n-层上的肖特基接触。包围着肖特基接触的是一p型JTE(结端伸展)区，它一般由离子注入形成。注入物可以是铝、硼或任何其它合适的p型掺杂剂。JTE区的目的是要阻止电场在边缘积聚并避免耗尽区与器件表面相互影响。表面效应可能引起耗尽区不均匀扩展，它可能对器件的击穿电压产生不利影响。其它终端技术包括保护环和浮场环，它们更强烈地受到表面效应的影响。还可以通过诸如氮或磷等n型掺杂剂的注入形成一沟道阻断区以避免耗尽区向器件的边缘伸展。由Singh等人所著“低泄漏电流与高成品率的4H-SiC肖特基二极管中的平面终端”(ISPSD‘97，pp 157-160)一文中描述了SiC肖特基二极管的另外的常规终端。由Ueno等人所著“高压SiC肖特基势垒二极管的保护环终端”(IEEE Electron Device Letters，Vol.16，No.7，July，1995，pp.331-332)一文中描述了一SiC肖特基势垒二极管的p型外延保护环终端。此外，在公布的PCT申请No.WO 97/08754题为“包含一有电压吸收边的PN结的SiC半导体器件”当中描述了另外的终端技术。专利技术概要本专利技术的实施方案可提供一具有碳化硅电压阻挡层的碳化硅肖特基整流器，它在碳化硅电压阻挡层上有预定的表面掺杂水平和一肖特基接触。在碳化硅电压阻挡层上和与肖特基接触相邻还设置一碳化硅外延区。该碳化硅外延区具有设计好的厚度和掺杂水平使在碳化硅外延区内每单位面积提供有选定的电荷。碳化硅外延区内每单位面积的电荷，又称为结端伸展(JTE)电荷，是在阻挡层表面掺杂的基础上选定的。在特殊的实施方案中，JTE电荷大于由阻挡层的表面掺杂所确定的一最佳JTE电荷的50％。此外，JTE电荷最好不大于最佳电荷值。在本专利技术另外的实施方案中，提供了一个具有碳化硅电压阻挡层的碳化硅肖特基整流器而且在碳化硅电压阻挡层上有一肖特基接触。在电压阻挡层上和与肖特基接触相邻提供一碳化硅外延终端区。碳化硅外延区的厚度和掺杂浓度的乘积大于(ϵr×ϵ0×EC)q]]>的50％左右；其中εr为SiC的相对介电常数；εo为空气的介电常数；Ec为SiC的临界电场；以及q为电子电荷。在另外的实施方案中，厚度与掺杂浓度的乘积不超过(ϵr×ϵ0×EC)q]]>的100％左右。在还有的实施方案中，厚度和掺杂浓度不低于(ϵr×ϵ0×EC)q]]>的75％左右。在本专利技术还有的实施方案中，碳化硅外延区自肖特基接触伸展约1.5至约5倍的阻挡层厚度。此外，可以在碳化硅外延终端区和肖特基接触之间设置一非欧姆接触。在本专利技术的实施方案中，碳化硅外延区具有第一导电类型而电压阻挡层则有与第一导电类型相反的第二导电类型，边端也可以包括在阻挡层内的具有载流子浓度比电压阻挡层高并与肖特基接触对面碳化硅外延区周边相邻的一个第一导电类型碳化硅区。在本专利技术另外的实施方案中，肖特基整流器还可以包括与阻挡层的导电类型相同的第一导电类型的一层第一碳化硅层，它被安排在阻挡层与碳化硅基底之间。第一碳化硅层可以有比阻挡层高的载流子浓度。还可在第一碳化硅层对面的基底上设置一层第一导电类型的第二碳化硅层以便设置一层具有载流子浓度高于基底载流子浓度的碳化硅层。可以在第二碳化硅层上设置一欧姆接触。在这样的实施方案中，第二层可以是第一导电类型碳化硅的一注入层。此外，碳化硅外延区可以是与第一导电类型相反的第二导电类型。特别是，第一导电类型可能是n型而第二导电类型就可能是p型。在本专利技术另外的实施方案中，所提供的肖特基整流器包括一n型碳化硅基底、在碳化硅基底上的一n型碳化硅阻挡层、在碳化硅阻挡层上的一肖特基接触、在碳化硅阻挡层上并与肖特基接触相邻的一p型碳化硅外延区使在p型外延区与肖特基接触之间形成一非欧姆接触、以及在阻挡层对面的基底上形成一欧姆接触。在本专利技术另外的实施方案中，在阻挡层上可以设置多个p型碳化硅岛。在这样的实施方案中，肖特基接触重叠着多个p型岛。在仍是本专利技术的另外的实施方案中，所提供的肖特基整流器包括一n型碳化硅基底、在碳化硅基底上的一层n型碳化硅阻挡层、在碳化硅阻挡层上的一肖特基接触、在碳化硅阻挡层上并与肖特基接触相邻的一p型碳化硅外延区使在p型外延区和肖特基接触之间形成一非欧姆接触、以及在阻挡层对面的基底上形成一欧姆接触。p型碳化硅外延区自肖特基接触伸展约2至约3倍阻挡层的厚度。这样的实施方案还可以包括在阻挡层上的多个p型碳化硅岛。倘若如此，这时肖特基接触与多个p型岛重叠。在本专利技术的方法实施方案中，一种制造碳化硅肖特基整流器的终端区的方法包括形成一层具有选定的厚度与掺杂水平的p型碳化硅外延层使得在与肖特基整流器的肖特接触相邻的一p型碳化硅区内提供与该肖特基整流器的碳化硅阻挡层表面掺杂成正比的电荷以及对p型碳化硅外延层加工图形使在邻近肖特基整流器的肖特接触处提供p型碳化硅区。在这样的方法实施方案中，对p型碳化硅外延层加工图形可以这样提供，在p型碳化硅外延层上形成一层氧化层、对氧化层加工图形使对应于肖特基接触的一部分p型外延层露出、以足够耗费p型外延层的全部露出部分的温度和时间使p型外延层的露出部分热氧化、以及刻蚀p型外延层的热氧化部分使得露出在其上形成肖特基接触的部分阻挡层。而且，热氧化p型外延层可以在干燥的环境中进行。此外，热氧化p型外延层可以在低于1300℃左右的温度下实现。在另本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种碳化硅肖特基整流器，它包括：一层具有预定表面掺杂水平的碳化硅电压阻挡层；一在碳化硅电压阻挡层上的肖特基接触；以及在碳化硅电压阻挡层上并邻近肖特基接触的一碳化硅外延终端区，其中碳化硅外延区具有一厚度和一掺杂水平，它 在碳化硅外延区内提供与阻挡层的表面掺杂有一预定关系的预定电荷。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2000-11-28 09/723,7101.一种碳化硅肖特基整流器，它包括一层具有预定表面掺杂水平的碳化硅电压阻挡层；一在碳化硅电压阻挡层上的肖特基接触；以及在碳化硅电压阻挡层上并邻近肖特基接触的一碳化硅外延终端区，其中碳化硅外延区具有一厚度和一掺杂水平，它在碳化硅外延区内提供与阻挡层的表面掺杂有一预定关系的预定电荷。2.按照权利要求1的一种碳化硅肖特基整流器，其中与阻挡层的表面掺杂的预定关系提供一结端伸展电荷，它大于对于阻挡层表面掺杂的阻挡电压随结端伸展电荷变化曲线中最高点的电荷值的50％。3.按照权利要求2的一种碳化硅肖特基整流器，其中结端伸展电荷不超过最高点的电荷值。4.一种碳化硅肖特基整流器，它包括一层碳化硅电压阻挡层；一在碳化硅电压阻挡层上的肖特基接触；以及在电压阻挡层上并邻近肖特基接触的一碳化硅外延区，其中碳化硅外延区的厚度与掺杂浓度的乘积大于 的50％左右；其中εr为SiC的相对介电常数；εo为空气的介电常数；Ec为SiC的临界电场；以及q为电子电荷。5.按照权利要求4的一种碳化硅肖特基整流器，其中厚度与掺杂浓度的乘积不超过 的约100％。6.按照权利要求4的一种碳化硅肖特基整流器，其中厚度与掺杂浓度不小于 的75％左右。7.按照权利要求4的一种碳化硅肖特基整流器，其中碳化硅外延区自肖特基接触伸展一段距离为阻挡层厚度的约1.5至约5倍。8.按照权利要求4的一种碳化硅肖特基整流器，其中一非欧姆接触设置在碳化硅外延区和肖特基接触之间。9.按照权利要求4的一种碳化硅肖特基整流器，其中碳化硅外延区有一第一导电类型而电压阻挡层则有一与第一导电类型相反的第二导电类型，碳化硅肖特基整流器还包括一电压阻挡层内有比电压阻挡层的载流子浓度更高的载流子浓度并邻近肖特基接触对面碳化硅外延区周边的第一导电类型碳化硅区。10.按照权利要求4的一种碳化硅肖特基整流器，还包括与阻挡层的导电类型相同的第一导电类型并安排在阻挡层与碳化硅基底之间的一层第一碳化硅层，其中第一碳化硅层具有比阻挡层更高的载流子浓度；在第一碳化硅层对面基底上的第一导电类型的一层第二碳化硅层，使第二碳化硅层提供具有与基底的载流子浓度相近的载流子浓度；以及在第二碳化硅层上的一欧姆接触。11.按照权利要求10的一种碳化硅肖特基整流器，其中第二层是第一导电类型碳化硅的一层注入层。12.按照权利要求10的一种碳化硅肖特基整流器，其中碳化硅外延区是属于与第一导电类型相反的第二导电类型。13.按照权利要求12的一种碳化硅肖特基整流器，其中第一导电类型为n型而第二导电类型为p型。14.一种肖特基整流器包括一n型碳化硅基底；在碳化硅基底上的一层n型碳化硅阻挡层；在碳化硅阻挡层上的一肖特基接触；在碳化硅阻挡层上并邻近肖特基接触的一p型碳化硅外延区以便在p型外延区与肖特基接触之间形成一非欧姆接触；以及在阻挡层对面基底上的一欧姆接触。15.按照权利要求14的一种肖特基整流器，还包括在阻挡层上的多个p型碳化硅岛；以及其中肖特基接触重叠多个p型岛。16.按照权利要求14的一种肖特基整流器，其中p型碳化硅外延区自肖特基接触伸展一段为阻挡层厚度的约1.5至约5倍的距离。17.按照权利要求14的一种肖特基整流器，还包括电压阻挡层内有比电压阻挡层的载流子浓度更高的载流子浓度并邻近肖特基接触对面p型碳化硅外延区周边的一n型碳化硅区。18.按照权利要求14的一种肖特基整流器，还包括安排在阻挡层和碳化硅基底之间的一层第一n型碳化硅层，其中第一碳化硅层具有比阻挡层更高的载流子浓度。19.按照权利要求18的一种肖特基整流器，还包括在第一碳化硅层对面基底上的一层第二n型碳化硅层，第二碳化硅层有比基底载流子浓度更高的载流子浓度；以及其中欧姆接触在第二碳化硅层上。20.按照权利要求19的一种肖特基整流器，其中第二层是第一导电类型碳化硅的一注入层。21.一种肖特基整流器包括一n型碳化硅基底；在碳化硅基底上的一n型碳化硅阻挡层；在碳化硅阻挡层上的一肖特基接触；在碳化硅阻挡层上并邻近肖特基接触的一p型碳化硅外延区，以便在p型外延区和肖特基接触之间形成一非欧姆接触；以及在阻挡层对面基底上的一欧姆接触；而且其中p型碳化硅外延区自肖特基接触伸展一段为阻挡层厚度的约1.5至约5倍的距离。22.按照权利要求21的一种肖特基整流器，还包括在阻挡层上的多个p型碳化硅岛；而且其中肖特基接触重叠多个p型岛。23.按照权利要求21的一种肖特基整流器，还包括电压阻挡层内有比电压阻挡层的载流子浓度更高的载流子浓度并邻近肖特基接触对面p型碳化硅外延区周边的一n型碳化硅区。24.按照权利要求21的一种肖特基整流器，还包括安排在阻挡层和碳化硅基底之间的一层第一n型碳化硅层，其中第一碳化硅层具有比阻挡层更高的载流子浓度。25.按照权利要求24的一种肖特基整流器，还包括在第一碳化硅层对面基底上的一层第二n型碳化硅层，第二碳化硅层有比基底载流子浓度更高的载流子浓度；以及其中欧姆接触在第二碳化硅层上。26.按照权利要求25的一种肖特基整流器，...

【专利技术属性】
技术研发人员：R辛，
申请(专利权)人：克里公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]