一种碳化硅过流保护器件及其制造方法技术

本发明专利技术公开了一种碳化硅过流保护器件，其结构包括n型碳化硅衬底、与n型碳化硅衬底背面形成欧姆接触的阳极金属及依次位于所述n型碳化硅衬底正面的n型碳化硅外延层、n型碳化硅电流传输区、n型接触区、阴极金属，所述n型碳化硅电流传输区的左右两侧有形成有沟槽，所述沟槽的侧壁及底部注入有P型区域，所述阴极金属覆盖于所述n型接触区及所述P型区域的上方，以形成欧姆接触。本发明专利技术还公开了该器件的制备方法。由于器件结构中不包含栅氧等易失效成分，在未经雷击等过流情况下导通电阻小，在雷击等过流突发状态下电流限制能力强，且不易烧毁。本器件结构简单，制备容易，适合进行大规模生产。产。产。

【技术实现步骤摘要】
一种碳化硅过流保护器件及其制造方法


[0001]本专利技术属于半导体器件
，具体涉及一种碳化硅过流保护器件(CLD,Current Limiting Device)及制造方法。

技术介绍

[0002]碳化硅材料具有高禁带宽度，高载流子迁移率，高击穿场强及高热导率，高物理化学稳定性等优势，尤其适用于制备下一代电力电子器件。目前碳化硅JBS、碳化硅MOSFET已经在新能源汽车等领域逐步替代其竞品硅器件，而在集成电路、过流保护等新兴领域，碳化硅器件也逐渐崭露头角。
[0003]雷电防护是各类电器、系统安全工作需要考虑的重要课题。由于云层中不同部位聚集着不同极性的电荷，当电荷积累到一定程度时，云层与地面间巨大的电势差将使云层和地面间电场强度达到空气击穿强度，产生放电现象，形成闪电。闪电具有强大的电流，极高的电压，并因其电效应、热效应产生严重的破坏。
[0004]限制电器、建筑物在遭受雷击后所通过的最大电流，使雷击的巨大能量较缓慢的释放，能够避免电器和建筑物受雷击后烧毁。因此，开发出一种过流保护器件，在雷击过程中限制通过器件的最大电流，缓慢释放雷击的能量，是解决雷击问题的关键方法。碳化硅材料由于其高击穿场强，高热导率，高物理化学稳定性的特点，能够承载更高的电压，并将雷击能量尽快的释放出来，尤为适合制备过流保护器件。

技术实现思路

[0005]本专利技术提出一种碳化硅过流保护器件及其制备方法，使得器件在未经雷击等极端过流情况下具有较小的导通电阻，以降低损耗，而在雷击等极端过流等突发状态下具备较强的电流限制能力，以避免轻易烧毁。
[0006]在第一方面，本专利技术提出了一种碳化硅过流保护器件结构，包括：一n型碳化硅衬底(1)、与n型碳化硅衬底(1)背面形成欧姆接触的阳极金属(2)及依次位于所述n型碳化硅衬底(1)正面的n型碳化硅外延层(3)、n型碳化硅电流传输区(4)、n型接触区(5)、阴极金属(6)，所述n型碳化硅电流传输区(4)的左右两侧有形成有沟槽，所述沟槽的侧壁及底部注入有P型区域(7)，所述阴极金属(6)覆盖于所述n型接触区(5)及所述P型区域(7)的上方，以形成欧姆接触。
[0007]进一步地，所述沟槽的槽深为1um至5um，槽间距为0.5um至3um。
[0008]进一步地，所述阴极金属(6)采用Ni/Ti/Al复合金属层，Ni厚度为100nm，Ti厚度为15nm，Al厚度为175nm。
[0009]在本专利技术的另一方面，本专利技术提出了一种碳化硅过流保护器件的制备方法，包括：
[0010]在一n型碳化硅衬底上依次外延生长n型碳化硅外延层、n型碳化硅电流传输层、n型接触区；
[0011]S2、在上述结构的顶部沉积介质层，并通过光刻、刻蚀工艺形成掩模；
[0012]S3、通过所述掩模进行刻蚀，以在上述结构的顶部形成沟槽；
[0013]S4、采用一定的倾角在所述沟槽的侧壁及底部注入p型离子，以形成P型区域；
[0014]S5、去除所述掩模后，在上述结构的正面和背面分别溅射阴极金属、阳极金属，并通过快速热退火在器件结构的正面形成n型欧姆接触、p型欧姆接触，及在器件结构的背面形成n型欧姆接触。
[0015]进一步地，在步骤S4中，形成所述P型区域的离子注入时，注入的元素为Al，并采用10
°
至45
°
的倾角注入。
[0016]进一步地，在步骤S5中，退火的温度为975℃、时间为2min。
[0017]进一步地，所述掩模采用Si3N4，厚度为2μm至5μm。
[0018]与现有技术相比，本专利技术的实施例的有益效果包括：
[0019]本专利技术提供的碳化硅过流保护器件及其制备方法，相比于传统技术，器件结构中不包含栅氧等易失效成分，在未经雷击等极端过流情况下器件的导通电阻小，雷击等极端过流突发状态下该器件的电流限制能力强，且不易烧毁。本器件结构简单，制备容易，适合进行大规模生产。
附图说明
[0020]为了更清楚地说明本专利技术的实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图做简单地介绍，显而易见地，下面展示的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，并不用于限制本专利技术。
[0021]图1为本专利技术一个实施例的碳化硅过流保护器件的结构示意图；
[0022]图2为本专利技术一个实施例的碳化硅过流保护器件的制备方法流程图；
[0023]图3至图7为本专利技术一个实施例的碳化硅过流保护器件制备方法的不同步骤得到的器件结构的示意图。
[0024]主要元件符号说明
[0025]n型碳化硅衬底
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ1[0026]阳极金属
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ2[0027]n型碳化硅外延层
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ3[0028]n型碳化硅电流传输区
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ4[0029]n型接触区
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ5[0030]阴极金属
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ6[0031]掩模
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61
[0032]P型区域
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ7[0033]如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本专利技术。
具体实施方式
[0034]为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。
[0035]参考图1，本专利技术实施例一方面提供了一种碳化硅过流保护器件。在本实施方式
中，所述碳化硅过流保护器件包括一n型碳化硅衬底(1)、与n型碳化硅衬底(1)背面形成欧姆接触的阳极金属(2)及依次位于所述n型碳化硅衬底(1)正面的n型碳化硅外延层(3)、n型碳化硅电流传输区(4)、n型接触区(5)、阴极金属(6)，所述n型碳化硅电流传输区(4)的左右两侧有形成有沟槽，所述沟槽的侧壁及底部注入有P型区域(7)，所述阴极金属(6)覆盖于所述n型接触区(5)及所述P型区域(7)的上方，以形成欧姆接触。
[0036]在本实施方式中，所述沟槽的槽深为1um至5um，槽间距为0.5um至3um。
[0037]在本实施例中，所述n型碳化硅电流传输区(4)的总厚度3μm至10μm，掺杂浓度5E15cm
‑
3至1E17cm
‑
3；所述n型接触区(5)的厚度0.2μm至0.5μm，掺杂浓度5E18cm
‑
3至5E19cm
‑
3；所述P型区域(7)的宽度为0.3μm至1μm，掺杂浓度1E16cm
‑
3至1E18cm
‑
3。
[0038]在本实施例中，所述阴极金属(6)采用Ni/Ti/Al复合金属层，Ni厚度为100nm，Ti厚度本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种碳化硅过流保护器件，其特征在于，所述碳化硅过流保护器件包括：一n型碳化硅衬底(1)、与n型碳化硅衬底(1)背面形成欧姆接触的阳极金属(2)及依次位于所述n型碳化硅衬底(1)正面的n型碳化硅外延层(3)、n型碳化硅电流传输区(4)、n型接触区(5)、阴极金属(6)，所述n型碳化硅电流传输区(4)的左右两侧有形成有沟槽，所述沟槽的侧壁及底部注入有P型区域(7)，所述阴极金属(6)覆盖于所述n型接触区(5)及所述P型区域(7)的上方，以形成欧姆接触。2.根据权利要求1所述的碳化硅过流保护器件，其特征在于，所述沟槽的槽深为1um至5um，槽间距为0.5um至3um。3.根据权利要求1所述的碳化硅过流保护器件，其特征在于，所述阴极金属(6)采用Ni/Ti/Al复合金属层，Ni厚度为100nm，Ti厚度为15nm，Al厚度为175nm。4.一种碳化硅过流保护器件的制备方法，其特征在于，包括：S1、在一n型碳化硅衬底上依次外延生长n型碳化硅外延层、n...

【专利技术属性】
技术研发人员：温正欣，喻双柏，和巍巍，
申请(专利权)人：深圳基本半导体有限公司，
类型：发明
国别省市：