CN109560122A - 一种带有沟槽结构的高压宽禁带二极管芯片 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种带有沟槽结构的高压宽禁带二极管芯片。本发明通过在有源区和结终端区域引入统一的沟槽结构,使得芯片可以用同一套工艺实现两个区域的加工,大大降低产品加工成本。

Description

一种带有沟槽结构的高压宽禁带二极管芯片
技术领域
本发明属于宽禁带半导体领域,具体涉及一种带有沟槽结构的高压宽禁带二极管芯片。
背景技术
随着新能源的大力发展及电力电子的广泛应用,普通Si基器件无法满足在高压高温高频率环境下的应用。而宽禁带半导体如SiC和GaN材料具有击穿电压高、工作损耗低以及热导率高等优良特性,为新一代电力电子器件和系统提供了可能。然而,由于宽禁带半导体功率器件的成本较高,且其传统设计的制作工艺复杂,急需一种简单有效的设计来降低其制作成本。
发明内容
针对现有技术的缺陷,本发明提供一种带有沟槽结构的高压宽禁带二极管芯片。本发明通过在有源区(A1)和结终端区域(A2)引入统一的沟槽结构(004),使得芯片可以用同一套工艺实现两个区域的加工,大大降低产品加工成本。
实现本发明目的的技术方案为:
一种带有沟槽结构的高压宽禁带二极管芯片,包括:
底部阴极电极层(001),重掺杂N型半导体材料层(002),轻掺杂的N型半导体材料层(003),从表面伸入轻掺杂的N型半导体材料层(003)的沟槽结构(004);
所述沟槽结构(004)的底部与侧壁被P型半导体材料(005)包围;
所述高压宽禁带二极管芯片分为有源区(A1)与结终端区域(A2),在有源区(A1)顶部设有阳极电极层(006),在结终端区域(A2)顶部设有钝化层(007)。
其中,所述的半导体材料为宽禁带半导体材料,其禁带宽度大于2.0eV,可为碳化硅、氮化镓、氧化镓、氮化铝、金刚石之中的至少一种或者几种组成。
其中,所述的阳极电极层(006)由Ti、Ni、Mo、Pt、Si、Al、TiN、W、Au之中的至少一种组成。
其中,所述的钝化层由绝缘材料组成,至少包含聚酰亚胺、二氧化硅、氮化硅、掺杂或者不掺杂的硅玻璃之中的至少一种。
其中,所述的沟槽结构(004)伸入轻掺杂的N型半导体材料层(003)的深度在0.1um~5um,其侧壁与底部平面形成的夹角为80°到135°,所述的包围其侧壁与底部的P型半导体材料(005)的最低厚度为0.1um。
其中,所述的有源区(A1)设置在芯片中央,其范围内存在多个沟槽结构(004),且相邻两个沟槽结构(004)之间的最短距离在0.1um~10um范围内。
其中,所述的结终端区域(A2)设置在有源区(A1)外围并靠近芯片边缘,其范围内存在的多个沟槽结构(004),所述多个沟槽结构(004)均为条形环状且环绕有源区(A1)。
其中,所述的多个沟槽结构(004)的数量至少为2个,且从离有源区(A1)最近的沟槽结构(004)内侧到从离有源区(A1)最远的沟槽结构(004)的外侧的最短距离大于所述轻掺杂的N型半导体材料层(003)的厚度的3倍。
其中,所述沟槽结构(004)在制备过程中由同一次光刻工艺定义所述沟槽结构(004)的刻蚀和其周围P型半导体材料(005)的掺杂。
附图说明
图1是本发明一种实施例的纵切图。
图2是本发明的一种实施例顶视图:有源区带有条形网状布局的沟槽结构。
图3是本发明的一种实施例顶视图:有源区带有圆形岛状布局的沟槽结构。
图4是本发明所述沟槽结构的一种可能的制作方法示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案的优点更清晰明白,以下结合实施例并参考附图,对本发明进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。
本发明的实施例一中,所述的半导体材料为碳化硅材料。
本发明的实施例一中,所述的阳极电极层(006)由Ti/TiN/Al三种金属组成。
本发明的实施例一中,所述的钝化层由聚酰亚胺组成。
本发明的实施例一中,所述的沟槽结构(004)伸入轻掺杂的N型半导体材料层(003)的深度在0.6um,其侧壁与底部平面形成的夹角为100°,所述的包围其侧壁与底部的P型半导体材料(005)的最低厚度为0.3um。
本发明的实施例一中,所述的有源区(A1)设置在芯片中央,其范围内存在多个沟槽结构(004),且相邻两个沟槽结构(004)之间的最短距离为5um。
本发明的实施例一中,所述的多个沟槽结构(004)的数量30个,且从离有源区(A1)最近的沟槽结构(004)内侧到从离有源区(A1)最远的沟槽结构(004)的外侧的最短距离为60um。
本实例的工作原理为:
所述的阳极电极层(006)分别与所述的轻掺杂的N型半导体材料层(003)和所述的P型半导体材料(005)形成肖特基接触和欧姆接触,同时,所述阴极电极层(001)与重掺杂N型半导体材料层(002)形成欧姆接触,使得本发明中,电流从所述阳极电极层(006)到所述阴极电极层(001)方向呈现导通特性,并在相反方向呈现阻断特性。
在制备过程中,所述沟槽结构(004)由同一次光刻工艺定义所述沟槽结构(004)的刻蚀和其周围P型半导体材料(005)的掺杂,大大降低了加工成本。

Claims (9)

1.一种带有沟槽结构的高压宽禁带二极管芯片,其特征在于,包括:
底部阴极电极层(001),重掺杂N型半导体材料层(002),轻掺杂的N型半导体材料层(003),从表面伸入轻掺杂的N型半导体材料层(003)的沟槽结构(004);
所述沟槽结构(004)的底部与侧壁被P型半导体材料(005)包围;
所述高压宽禁带二极管芯片分为有源区(A1)与结终端区域(A2),在有源区(A1)顶部设有阳极电极层(006),在结终端区域(A2)顶部设有钝化层(007)。
2.根据权利要求1所述的重掺杂N型半导体材料层(002)、轻掺杂的N型半导体材料层(003)和P型半导体材料(005),其特征在于,所述的半导体材料为宽禁带半导体材料,其禁带宽度大于2.0eV,可为碳化硅、氮化镓、氧化镓、氮化铝、金刚石之中的至少一种或者几种组成。
3.根据权利要求1所述的阳极电极层(006),其特征在于,所述的阳极电极层(006)由Ti、Ni、Mo、Pt、Si、Al、TiN、W、Au之中的至少一种组成。
4.根据权利要求1所述的钝化层(007),其特征在于,所述的钝化层由绝缘材料组成,至少包含聚酰亚胺、二氧化硅、氮化硅、掺杂或者不掺杂的硅玻璃之中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的沟槽结构(004),其特征在于,所述的沟槽结构(004)伸入轻掺杂的N型半导体材料层(003)的深度在0.1um~5um,其侧壁与底部平面形成的夹角为80°到135°,所述的包围其侧壁与底部的P型半导体材料(005)的最低厚度为0.1um。
6.根据权利要求1所述的有源区(A1),其特征在于,所述的有源区(A1)设置在芯片中央,其范围内存在多个沟槽结构(004),且相邻两个沟槽结构(004)之间的最短距离在0.1um~10um范围内。
7.根据权利要求1所述的结终端区域(A2),其特征在于,所述的结终端区域(A2)设置在有源区(A1)外围并靠近芯片边缘,其范围内存在的多个沟槽结构(004),所述多个沟槽结构(004)均为条形环状且环绕有源区(A1)。
8.根据权利要求7所述的多个沟槽结构(004),其特征在于,所述的多个沟槽结构(004)的数量至少为2个,且从离有源区(A1)最近的沟槽结构(004)内侧到从离有源区(A1)最远的沟槽结构(004)的外侧的最短距离大于所述轻掺杂的N型半导体材料层(003)的厚度的3倍。
9.根据权利要求1~8所述的沟槽结构(004),其特征在于,所述沟槽结构(004)在制备过程中由同一次光刻工艺定义所述沟槽结构(004)的刻蚀和其周围P型半导体材料(005)的掺杂。
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