一种具有深沟槽结构的SiCMPS及其制作方法技术

本发明专利技术公开了一种具有沟槽结构的SiC MPS二极管及其制作方法，包括n

【技术实现步骤摘要】
一种具有深沟槽结构的SiC MPS及其制作方法


[0001]本专利技术属于功率半导体器件领域，具体涉及一种具有深沟槽结构的SiC MPS二极管及其制作方法。

技术介绍

[0002]碳化硅（SiC）材料具有禁带宽度大、临界击穿电场强、热导率高及抗辐射性等优点，是制作功率半导体器件的理想材料。与Si相比，SiC基功率半导体器件的击穿电压更高、导通压降更低、工作频率更高、体积更小及更可靠的高温稳定性，更适合于电力电子电路。目前，SiC JBS二极管既具有PiN二极管的高击穿电压、低正向压降，又具有SBD的低开启电压、快速开关等优势，因此SiC JBS是最先进入产业化的碳化硅商业产品。
[0003]然而，为了发挥SiC材料的优势，SiC器件被应用于高温、高压和大功率等应用领域，因此可靠性是器件安全稳定工作的重要议题。对于SiC JBS，抗浪涌电流冲击能力是其一个非常重要的设计指标。
[0004]为了提升SiC JBS的抗浪涌能力，研究者们在SiC JBS的基础上，开发出了SiC MPS（Merged PiN Schottky）二极管，在SiC MPS中，除了小尺寸p
+
区外，还有用于提升器件抗浪涌可靠性的大尺寸p
+
区，其中小尺寸p
+
区作用与SiC JBS中的p
+
区相同，大尺寸p
+
区的作用在于提高器件的抗浪涌能力。
[0005]对于SiC MPS，在小电压水平，器件导通与SiC JBS一致，此时压降为正向压降；当器件的正向偏压超过一定数值时，MPS 二极管中的 p
+
区就会导通，并向外延层中注入少数载流子，从而使器件进入双极导通模式，对应的压降为双极正向压降。
[0006]为了获得更好的双极导通性能，降低双极正向压降，提升抗浪涌能力，2006年，德国 Infineon 公司生产了第一款商业化的 600V/4A等级SiC MPS二极管，其采用六角形排布的元胞设计，实现了8～9倍额定电流的浪涌可靠性。
[0007]Rui Liu等人2021年在文章《Low forward voltage of 1.2kV
‑
20A 4H
‑
SiC JBS rectifiers: the impact of thinning process》中报道了具有浅沟槽结构的SiC JBS结构，其中浅沟槽的深度为0.4μm，p
+
区离子注入深度为0.6μm。实验结果发现，该结构拥有更低的正向压降，抗浪涌能力更强且可靠性更高的优点。

技术实现思路

[0008]本专利技术的目的是提出一种具有深沟槽结构的SiC MPS二极管及其制作方法，降低PN结势垒高度，同时增大有效通流面积，解决现有技术存在的抗浪涌能力弱导致器件热失效的问题。
[0009]本专利技术所采用的技术方案是，一种具有深沟槽结构的SiC MPS二极管，包括n
+
‑
SiC衬底，衬底上依次为n
‑
SiC漂移区，n
‑
SiC漂移区上表面具有若干倒锥型沟槽，在沟槽内部填充p
+
‑
SiC区，正面覆盖有阳极电极，衬底背面覆盖阴极电极。
[0010]本专利技术的特点还在于，衬底材料为重掺杂n型SiC，衬底掺杂浓度为5x10
18
cm
‑3～2x10
19
cm
‑3，衬底的厚度为～350μm；n
‑
SiC漂移区的掺杂浓度为5x10
15
cm
‑3～2x10
16
cm
‑3，n
‑
SiC漂移区的厚度为6.6μm～33.0μm；n
‑
SiC上表面的若干倒锥型沟槽，沟槽的表面宽度为2.0μm～3.0μm，沟槽底部的最小宽度为1.0μm，沟槽的垂直深度为1.0μm～3.0μm；在沟槽内部外延生长形成p型SiC，掺杂浓度为5x10
18
cm
‑3～1x10
19
cm
‑3。
[0011]整个芯片正面溅射电极材料为Ti/Ni/Ti，电极厚度为10nm～1000nm；如此，在p
+
‑
SiC区上表面形成欧姆接触电极，在沟槽与沟槽之间的n
‑
SiC漂移区上表面形成肖特基接触电极；然后，整个正面溅射厚Al形成阳极Pad，Al的厚度2000nm～4000nm；进一步地，正面淀积无机SiO2和有机PI钝化；将衬底减薄至100μm～180μm，背面溅射的欧姆接触电极材料为Ni，欧姆电极厚度为10nm～1000nm。背面蒸发厚Ag形成阴极Pad，Ag的厚度1000nm～2000nm。
[0012]上述的一种具有深沟槽结构的SiC MPS二极管的制作方法，具体包括以下步骤：步骤1、将n
+
‑
SiC衬底进行清洗处理后，在n
+
‑
SiC衬底上表面向上外延生长n
‑
SiC漂移区；步骤2、在n
‑
SiC漂移区上表面生长一层厚SiO2层，再对SiO2层进行光刻并显影，采用多步干法刻蚀形成若干倒锥型沟槽；步骤3、在经步骤2得到的沟槽内部外延生长形成p
+
‑
SiC区；步骤4、在芯片的正面溅射Ti/Ni/Ti组合金属，因此在p
+
‑
SiC上形成欧姆接触电极；在n
‑
SiC漂移区上表面形成肖特基接触电极；正面溅射厚金属Al形成阳极Pad，并沉积SiO2和PI形成钝化层；步骤5、n
+
‑
SiC衬底进行减薄；减薄n
+
‑
SiC衬底的方法有化学机械抛光法、研磨法、干式抛光法、实发腐蚀法、等离子辅助化学腐蚀法、常压等离子腐蚀法中的一种或多种；步骤6、减薄n
+
‑
SiC衬底后，在n
+
‑
SiC衬底的下表面溅射Ni金属并激光退火形成阴极欧姆接触电极；步骤7、在背面阴极蒸发厚Ag金属形成阴极Pad，得到一种具有深沟槽结构的SiC MPS二极管。
[0013]本专利技术的特点还在于，步骤1中，n
+
‑
SiC衬底为4H
‑
SiC单晶衬底、6H
‑
SiC单晶衬底或者3C
‑
SiC单晶衬底，n
+
‑
SiC衬底的厚度为350μm。
[0014]步骤2中，n
‑
SiC漂移区上表面形成的沟槽的深度为1.0μm～3.0μm，沟槽上表面的宽度为2.0μm～3.0μm，沟槽底部的最小宽度为1.0μm；整个沟槽斜角趋势呈～45
°
。
[0015]步骤3中，p
+
‑
SiC的浓度为5x10...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有深沟槽结构的SiC MPS二极管，其特征在于，包括n
+
‑
SiC衬底（1），衬底（1）上方为n
‑
SiC漂移区（2），n
‑
SiC漂移区（2）的上表面设置有若干干法刻蚀形成的倒锥型的沟槽（3），沟槽（3）底部为p
+
‑
SiC区（4），最上方正面覆盖阳极金属电极（5），衬底（1）的下表面覆盖阴极金属电极（6）。2.根据权利要求1所述的一种具有深沟槽结构的SiC MPS二极管，其特征在于，所述n
+
‑
SiC衬底（1）的掺杂浓度为5x10
18
cm
‑3～2x10
19
cm
‑3，衬底（1）的厚度减薄为100～180μm；n
‑
SiC漂移区（2）的掺杂浓度为5x10
15
cm
‑3～2x10
16
cm
‑3，n
‑
SiC漂移区（2）的厚度为6.6μm～33.0μm；n
‑
SiC漂移区（2）上表面的若干沟槽（3），沟槽（3）的上表面宽度为2.0μm～3.0μm，沟槽（3）的底部最小宽度为1.0μm，沟槽（3）的深度为1.0μm～3.0μm；在沟槽（3）内部外延生长厚度度约1.0μm～3.0μm厚的p
+
‑
SiC区（4），p
+
‑
SiC区（4）掺杂浓度为5x10
18
cm
‑3～1x10
19
cm
‑3。3.根据权利要求2所述的一种具有深沟槽结构的SiC MPS二极管，其特征在于，所述阳极金属电极（5）的材料为Ti/Ni/Ti/Al合金，阳极金属电极（5）的厚度为2000nm～4000nm；所述阴极金属电极（6）材料为Ni/Ag合金，阴极金属电极（6）的厚度为2000nm～3000nm。4.一种基于权利要求1所述的具有深沟槽结构的SiC MPS二极管的制作方法，其特征在于，具体包括以下步骤：步骤1、将n
+
‑
SiC衬底（1）进行清洗处理后，在n
+
‑
SiC衬底（1）上表面向上外延生长n
‑
SiC漂移区（2）；步骤2、在n
‑
SiC漂移区（2）上表面生长一层厚SiO2层，再对SiO2层进行光刻并显影，采用多步干法刻蚀形成若...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘青，曹琳，
申请(专利权)人：西安龙飞电气技术有限公司，
类型：发明
国别省市：