【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种二极管，具体涉及一种碳化硅二极管器件及其制备方法。
技术介绍
1、sic(碳化硅)作为第三代宽带隙半导体材料的代表，具有热导率高、电子饱和迁移速率高、击穿电场高等性质，在高温、高压、高频、大功率电子器件领域更具有优势。sic sbd(schottky barrier diode)二极管的正向压降低，工作频率快，没有pin二极管的反向恢复时间和损耗，但是由于其反向阻断特性较差，工作电压普遍较低，不能满足高压领域的需求。sic jbs(junction barrier schottky)和mps(merged pin schottky)在sbd的基础上增加元胞区的p型注入来提升器件的反向阻断特性及浪涌电流能力。然而引入p型注入区域使得器件电流密度降低，导致正向导通电阻升高器件损耗增加，或者器件尺寸增大成本上升。
技术实现思路
1、专利技术目的：本专利技术旨在提供一种能够提升器件的电流密度，缓解正向导通与反向阻断特性在器件小型化上的矛盾，同时能够减少器件损耗的碳化硅二极管器件，并且，本专利技术还提供了该碳化硅二极管器件的制备方法。
2、技术方案：本专利技术提供的碳化硅二极管器件，包括碳化硅衬底、外延层、结终端区、元胞区、阳极欧姆金属层、肖特基金属层、阳极电极层、钝化保护层、阴极欧姆金属层和阴极电极层；所述外延层设于碳化硅衬底上，结终端区和元胞区设于外延层顶部；所述元胞区包括p型区和n型区，阳极欧姆金属层设于p型区上，肖特基金属层设于n型区上；所述p型区为间隔
3、进一步地，所述外延层为n型掺杂4h-sic层，外延厚度为2-200μm，外延浓度为1×e15-1×e17cm-3
4、进一步地，所述梯体为正梯体，上表面为条状或四方，梯体顶端宽度为0.5-5μm，梯体低端间隔为1-5μm。
5、进一步地，所述结终端区为场限环结构，深度为0.5-1μm，宽度为50-130μm。
6、进一步地，所述阳极欧姆金属层的厚度为0.05-0.2μm，肖特基金属层的厚度为0.05-0.2μm。
7、进一步地，所述碳化硅衬底为n型掺杂导电型4h-sic，厚度为350-500μm，阳极电极层的厚度为2-5μm，阴极欧姆金属层为镍层，厚度为0.05-0.2μm，阴极电极层为钛镍银层，厚度为1-3μm。
8、进一步地，所述钝化保护层为氮化硅层或氧化硅层或两者复合层，厚度为0.5-2μm。
9、上述碳化硅二极管器件的制备方法，包括以下步骤：
10、步骤一：在碳化硅衬底的上表面制备外延层；
11、步骤二：先在外延层的表面形成结终端离子注入掩膜层，再对结终端离子注入掩膜层进行图案化处理，接着采用离子注入法垂直地将掺杂杂质经所述结终端离子注入掩膜层注入到外延层中，结束后去除结终端离子注入掩膜层，即得结终端区；
12、步骤三：继续在外延层的表面制备元胞区离子注入掩膜层，再对元胞区离子注入掩膜层进行图案化处理，接着采用离子注入法通过掩膜窗口分别在倾斜方向和垂直方向将掺杂杂质经所述元胞区离子注入掩膜层注入到外延层中，结束后去除元胞区离子注入掩膜层得p型区，结终端注入和元胞区注入进行高温激活处理，接着在p型区的上表通过自对准方法形成阳极欧姆金属层；
13、步骤四：在晶圆的上表面形成图案化的金属层，退火处理后形成n型区的肖特基金属层和阳极电极层；
14、步骤五：在晶圆的上表面形成钝化保护层，并进行图案化处理；
15、步骤六：在碳化硅衬底的下表面沉积金属层，退火处理后形成阴极欧姆金属层；
16、步骤七：在阴极欧姆金属层上沉积阴极电极层，即得碳化硅二极管器件。
17、进一步地，步骤二和步骤三中，所述离子注入法的工艺参数为：注入温度为300-600℃，注入能量为1-1000kev，注入剂量为1×e12-1×e16cm-2；所述结终端离子注入掩膜层和元胞区离子注入掩膜层为氧化硅、氮化硅、多晶硅或其组合，形成工艺为化学气相沉积。
18、进一步地，步骤三中，所述掩膜窗口为均匀排列的条形或四方形结构；倾斜方向的角度为0-arctan(w/t)度，w为掩膜窗口的宽度，t为元胞区离子注入掩膜层的厚度。
19、进一步地，步骤三中，所述高温激活的条件为：1600-1800℃下激活5-30min；步骤四中，所述退火处理的条件为：400-600℃下退火3-30min；步骤六中，所述退火处理的条件为：800-1200℃下退火3-10min。
20、进一步地，步骤五中，所述钝化保护层的形成工艺包括：淀积、光刻、刻蚀。
21、专利技术原理：本专利技术通过垂直加倾斜角度和旋转方向实现的p型区梯体注入结构。其梯体底部宽度与传统立方体底部宽度相同，能够保持器件的反向阻断特性。而梯体顶部的宽度与传统立方体顶部宽度减小，肖特基接触占比增加，增强器件的正向导通能力。
22、有益效果：与现有技术相比，本专利技术具有以下显著优点：本专利技术能够提升器件的电流密度，缓解正向导通与反向阻断特性在器件小型化上的矛盾，能够保持器件的反向阻断特性，同时使器件维持较高的浪涌电流能力。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种碳化硅二极管器件，其特征在于，包括碳化硅衬底(1)、外延层(2)、结终端区(3)、元胞区(4)、阳极欧姆金属层(5)、肖特基金属层(6)、阳极电极层(7)、钝化保护层(8)、阴极欧姆金属层(9)和阴极电极层(10)；所述外延层(2)设于碳化硅衬底(1)上，结终端区(3)和元胞区(4)设于外延层(2)顶部；所述元胞区(4)包括P型区和N型区，阳极欧姆金属层(5)设于P型区上，肖特基金属层(6)设于N型区上；所述P型区为间隔排列的梯体；所述阳极电极层(7)设于元胞区(4)上；所述钝化保护层(8)设于阳极电极层(7)两端及结终端(3)上；所述阴极电极层(10)设于碳化硅衬底(1)下，阴极欧姆金属层(9)设于阴极电极层(10)和碳化硅衬底(1)之间。
2.根据权利要求1所述的碳化硅二极管器件，其特征在于，所述外延层(2)为N型掺杂4H-SiC层，外延厚度为2-200μm，外延浓度为1×E15-1×E17cm-3。
3.根据权利要求1所述的碳化硅二极管器件，其特征在于，所述梯体为正梯体，上表面为条状或四方，梯体顶端宽度为0.5-5μm，梯体低端间隔为1-5μ
4.根据权利要求1所述的碳化硅二极管器件，其特征在于，所述结终端区(3)为场限环结构，深度为0.5-1μm，宽度为50-130μm。
5.根据权利要求1所述的碳化硅二极管器件，其特征在于，所述阳极欧姆金属层(5)的厚度为0.05-0.2μm，肖特基金属层(6)的厚度为0.05-0.2μm。
6.根据权利要求1所述的碳化硅二极管器件，其特征在于，所述碳化硅衬底(1)为N型掺杂导电型4H-SiC，厚度为350-500μm，阳极电极层(7)的厚度为2-5μm，阴极欧姆金属层(9)的厚度为0.05-0.2μm，阴极电极层(10)的厚度为1-3μm。
7.一种权利要求1所述的碳化硅二极管器件，其特征在于，包括以下步骤：
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，步骤二和步骤三中，所述离子注入法的工艺参数为：注入温度为300-600℃，注入能量为1-1000keV，注入剂量为1×E12-1×E16cm-2。
9.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，步骤三中，所述掩膜窗口为均匀排列的条形或四方形结构；倾斜方向的角度为0-arctan(W/T)度，W为掩膜窗口的宽度，T为元胞区离子注入掩膜层的厚度。
10.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，步骤三中，所述高温激活的条件为：1600-1800℃下激活5-30min；步骤四中，所述退火处理的条件为：400-600℃下退火3-30min；步骤六中，所述退火处理的条件为：800-1200℃下退火3-10min。
...【技术特征摘要】
1.一种碳化硅二极管器件，其特征在于，包括碳化硅衬底(1)、外延层(2)、结终端区(3)、元胞区(4)、阳极欧姆金属层(5)、肖特基金属层(6)、阳极电极层(7)、钝化保护层(8)、阴极欧姆金属层(9)和阴极电极层(10)；所述外延层(2)设于碳化硅衬底(1)上，结终端区(3)和元胞区(4)设于外延层(2)顶部；所述元胞区(4)包括p型区和n型区，阳极欧姆金属层(5)设于p型区上，肖特基金属层(6)设于n型区上；所述p型区为间隔排列的梯体；所述阳极电极层(7)设于元胞区(4)上；所述钝化保护层(8)设于阳极电极层(7)两端及结终端(3)上；所述阴极电极层(10)设于碳化硅衬底(1)下，阴极欧姆金属层(9)设于阴极电极层(10)和碳化硅衬底(1)之间。
2.根据权利要求1所述的碳化硅二极管器件，其特征在于，所述外延层(2)为n型掺杂4h-sic层，外延厚度为2-200μm，外延浓度为1×e15-1×e17cm-3。
3.根据权利要求1所述的碳化硅二极管器件，其特征在于，所述梯体为正梯体，上表面为条状或四方，梯体顶端宽度为0.5-5μm，梯体低端间隔为1-5μm。
4.根据权利要求1所述的碳化硅二极管器件，其特征在于，所述结终端区(3)为场限环结构，深度为0.5-1μm，宽度为50-130μm。
5.根据权利要求1所述...
【专利技术属性】
技术研发人员：仇坤，王谦，高明阳，骆健，
申请(专利权)人：南京南瑞半导体有限公司，
类型：发明
国别省市：
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