一种可提高抗单粒子性能的内嵌NPN碳化硅肖特基二极管结构制造技术

本发明专利技术公开一种可提高抗单粒子性能的内嵌NPN碳化硅肖特基二极管结构，阴极金属上设置有SiC N+衬底，N

【技术实现步骤摘要】
一种可提高抗单粒子性能的内嵌NPN碳化硅肖特基二极管结构


[0001]本专利技术属于半导体分立器件
，具体涉及一种可提高抗单粒子性能的内嵌NPN碳化硅肖特基二极管结构。

技术介绍

[0002]第三代半导体碳化硅(SiC)材料具有禁带宽度大、临界击穿场强高、耐高温、热导率高、饱和电子漂移速度快等诸多优点，特别适合制作高压功率器件。SiC功率器件具有击穿电压高、寄生电容小、开关速度快、无反向恢复以及更好的热稳定性等优点，利用SiC功率器件替代Si功率器件可以有效简化电路结构、提高效率、降低重量，缩小体积，在军用方面特别是航天领域，具有迫切的应用需求，如新一代长寿命卫星、空间站太阳能电池电源和配电系统，新型火箭的电力推进系统和高功率密度电源。
[0003]SiC功率器件优良的性能虽然非常适合军用航天领域高压、高频、高效、高温和大功率的应用需求，但抗辐射性能差一直是阻碍SiC功率器件在军用航天抗辐照领域获得广泛应用的技术瓶颈。SiC肖特基二极管单粒子辐照下阻断电压约在200V左右，远不能满足高耐压的应用需求，因此，亟需对SiC肖特基二极管开展单粒子辐射加固研究。
[0004]目前，国内外公司商业化批量生产的SiC肖特基二极管内部主要采用图1所示JBS(Junction barrier Schottky)结构，该结构通过在器件内部引入了重掺杂P+，并以一定的间距规则排列，该SiC JBS结构同时集合了SBD和PiN二极管的优点，具有正向压降低，反向漏电小的优点；但是在单粒子辐照下，在肖特基接触表面，容易形成微型烧毁痕迹，如图1所示，导致器件反向漏电过大甚至烧毁，严重限制了SiC肖特基二极管在军用宇航领域的应用。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种可提高抗单粒子性能的内嵌NPN碳化硅肖特基二极管结构，以克服现有碳化硅肖特基二极管抗辐射性能差，在单粒子照射下器件易烧毁的的问题。
[0006]为解决上述问题，本专利技术采用以下技术方案；
[0007]一种可提高抗单粒子性能的内嵌NPN碳化硅肖特基二极管结构，包括阳极金属、阴极金属和N
‑
外延层，阴极金属上设置有SiC N+衬底，所述N
‑
外延层一侧与SiC N+衬底之间设置有N型缓冲层，N
‑
外延层另一侧与阳极金属之间设置有PWell，PWell内设置有P+，P+的两侧均连接有N+，N+、PWell和N
‑
外延层之间形成NPN结构。
[0008]进一步的，所述N
‑
外延层的浓度低于N型缓冲层的浓度。
[0009]进一步的，所述N型缓冲层包括第一N型缓冲层、第二N型缓冲层和第三N型缓冲层，第三N型缓冲层与N
‑
外延层接触，第一N型缓冲层与SiC N+衬底接触。
[0010]进一步的，所述三层N型缓冲层的浓度由第一N型缓冲层至第三N型缓冲层呈数量
级梯度降低。
[0011]进一步的，所述N
‑
外延层与阳极金属之间设置有多个PWell，相邻的两PWell之间通过N
‑
外延层隔开。
[0012]进一步的，所述N
‑
外延层与阳极金属形成肖特基接触。
[0013]进一步的，所述P+、N+与阳极金属形成欧姆接触。
[0014]进一步的，所述SiC N+衬底与阴极金属形成欧姆接触。
[0015]进一步的，所述N
‑
外延层的浓度和厚度由击穿电压的高低确定。
[0016]进一步的，所述N+和P+的浓度由阳极肖特基金属的类型确定。
[0017]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益的技术效果：
[0018]本专利技术涉及一种可提高抗单粒子性能的内嵌NPN碳化硅肖特基二极管结构，通过在SiC N+衬底与N
‑
外延层之间设置N型缓冲层，在N
‑
外延层与阳极金属之间开有PWell，在PWell中的P+的两侧连接N+，使得N+、PWell和N
‑
外延层形成NPN结构，当单粒子辐照时且器件处于阳极接低电平、阴极接高电平时的反向截止状态时，本结构首先利用N型缓冲层对单粒子入射径迹产生的电子空穴进行平衡和再分配，减少空穴向阳极金属的收集和电子向阴极金属的收集，并利用电子空穴对在PWell的等效电阻上产生的压降触发内嵌NPN的导通快速瞬时放电，拉低阳极和阴极电压，防止高压大电流导致器件烧毁，有效增强了器件抗单粒子辐照能力。
[0019]优选的，相邻N型缓冲层的浓度由第一层到第三层呈数量级式降低，利于单粒子辐照产生的电子空穴对在不同浓度缓冲层之间进行电荷再分配，减少空穴向阳极金属的收集和电子向阴极金属的收集。
附图说明
[0020]图1为本专利技术实施例中现有的碳化硅肖特基二极管结构图。
[0021]图2为本专利技术实施例中可提高抗单粒子性能的内嵌NPN碳化硅肖特基二极管结构图。
[0022]图中，1、阴极金属；2、SiC N+衬底；3、N型缓冲层；4、N
‑
外延层；5、阳极金属。
具体实施方式
[0023]为了使本
的人员更好地理解本专利技术方案，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本专利技术一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本专利技术保护的范围。
[0024]如图2所示，本专利技术一种可提高抗单粒子性能的内嵌NPN碳化硅肖特基二极管结构，包括阴极金属1，在阴极金属1上设置有SiC N+衬底2，SiC N+衬底2与N
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外延层4之间设置有N型缓冲层3，N
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外延层4与阳极金属5之间开有PWell，在PWell内设置P+和N+，N+、PWell和N
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外延层4形成内嵌NPN结构，本结构一方面能够保证原有SiC肖特基二极管结构正向压降低、反向漏电小的优点，同时还能够保证在单粒子辐照时，利用N型缓冲层3减少空穴向阳极金属5的收集和电子向阴极金属1的收集，同时利用寄生NPN将产生的电流瞬时快速泄放，并将阴阳极电压拉低，阻止空穴在阳极金属5和N
‑
外延层4接触面的积累，进而防止漏电过
大和烧毁。
[0025]如图2所示，N型缓冲层3包括第一N型缓冲层、第二N型缓冲层和第三N型缓冲层，第三N型缓冲层与N
‑
外延层4接触，N
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外延层4的浓度低于第三N型缓冲层的浓度，第一N型缓冲层与SiC N+衬底2接触，三层N型缓冲层的浓度由第一N型缓冲层至第三N型缓冲层呈数量级梯度降低，其中第一N型缓冲层浓度最大，第三N型缓冲层浓度最小，N
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外延层4可以根据器件的击穿电压的高低确定N
‑
外延层4的浓度和厚度。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种可提高抗单粒子性能的内嵌NPN碳化硅肖特基二极管结构，其特征在于，包括阳极金属(5)、阴极金属(1)和N
‑
外延层(4)，阴极金属(1)上设置有SiC N+衬底(2)，所述N
‑
外延层(4)一侧与SiC N+衬底(2)之间设置有N型缓冲层(3)，N
‑
外延层(4)另一侧与阳极金属(5)之间设置有PWell，PWell内设置有P+，P+的两侧均连接有N+，N+、PWell和N
‑
外延层之间形成NPN结构。2.根据权利要求1所述的一种可提高抗单粒子性能的内嵌NPN碳化硅肖特基二极管结构，其特征在于，所述N
‑
外延层(4)的浓度低于N型缓冲层(3)的浓度。3.根据权利要求1所述的一种可提高抗单粒子性能的内嵌NPN碳化硅肖特基二极管结构，其特征在于，所述N型缓冲层(3)包括第一N型缓冲层、第二N型缓冲层和第三N型缓冲层，第三N型缓冲层与N
‑
外延层(4)接触，第一N型缓冲层与SiC N+衬底(2)接触。4.根据权利要求3所述的一种可提高抗单粒子性能的内嵌NPN碳化硅肖特基二极管结构，其特征在于，所述三层N型缓冲层的浓度由第一N...

【专利技术属性】
技术研发人员：程鹏刚，唐磊，王忠芳，王晨霞，刘建军，胡长青，杨晓文，鲁红玲，侯斌，李照，
申请(专利权)人：西安微电子技术研究所，
类型：发明
国别省市：