CN115440794A - 一种碳化硅功率器件 - Google Patents

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宋庆文
汤晓燕
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Abstract

本发明公开了一种碳化硅功率器件，涉及微电子技术领域，包括：有源区和至少部分围绕所述有源区的终端区；衬底；外延层，位于衬底的一侧，至少部分外延层位于终端区，位于终端区的外延层包括传输层；至少部分外延层位于有源区，位于有源区的外延层包括P型参杂层；外延层为N‑外延层，传输层均为N‑传输层，且N‑传输层的浓度小于N‑外延层的浓度。本申请能够提高碳化硅功率器件的雪崩能量。

Description

一种碳化硅功率器件
技术领域
本发明属于微电子技术领域，具体涉及一种碳化硅功率器件。
背景技术
随着微电子技术的发展，现代功率半导体技术已被广泛应用于国民经济的方方面面，从传统的工业电子、扩展到信息通讯、计算机、消费和汽车领域，新能源、轨道交通、电动汽车和智能电网正成为功率半导体市场增长的强大引擎。
为了进一步提升4H-SiC功率器件的性能，以结终端扩展(Junction TerminationExtension，JTE)和场限环(Field Limiting Ring，FLR)为代表的终端结构被应用在相关功率器件中，而现有的终端结构，容易造成峰值电场较高，提前发生雪崩击穿。
因此，亟需改善现有技术中的缺陷，提高碳化硅功率器件的品质。
发明内容
为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种碳化硅功率器件。本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：
第一方面，本申请提供一种碳化硅功率器件，包括：有源区和至少部分围绕所述有源区的终端区；
衬底；
外延层，位于衬底的一侧，至少部分外延层位于终端区，位于终端区的外延层包括传输层；至少部分外延层位于有源区，位于有源区的外延层包括P型参杂层；外延层为N-外延层，传输层均为N-传输层，且N-传输层的浓度小于N-外延层的浓度。
可选地，传输层包括多个场限环，场限环位于传输层背离衬底的一侧，相邻两个场限环间隔排布。
可选地，沿垂直于衬底的方向，传输层的厚度为1.5μm～3μm，且传输层的厚度均一。
可选地，沿垂直于衬底的方向，传输层与外延层接触的界面为阶梯状；沿有源区指向终端区的方向，传输层的厚度逐渐递减。
可选地，传输层与外延层接触形成的阶梯状界面的坡度为10°～80°。
可选地，沿垂直于衬底的方向，传输层与外延层接触的界面为凹凸状。
可选地，传输层与外延层接触形成的凹凸状界面包括凹槽；
沿垂直于衬底的方向，凹槽的深度为0.5μm～3μm。
可选地，沿垂直于衬底的方向，凹槽与场限环一一对应设置；
沿有源区指向终端区的方向，凹槽的宽度与场限环的宽度相同。
可选地，还包括：氧化物层，位于终端区，氧化物层至少部分覆盖传输层，且至少部分覆盖场限环；
氧化物层包括多个凸起，沿垂直于衬底的方向，凸起的正投影位于场限环的正投影内。
本发明的有益效果：
本发明提供的一种碳化硅功率器件，通过在终端区引入传输层，传输层的浓度小于外延层的浓度，使得终端区产生的较高的区域峰值电场转移至有源区，避免终端区峰值电场较高而造成的雪崩击穿，能够提高碳化硅功率器件的雪崩能量。
以下将结合附图及实施例对本发明做进一步详细说明。
附图说明
图1是本发明实施例提供的碳化硅功率器件的一种结构示意图；
图2是本发明实施例提供的碳化硅功率器件的另一种结构示意图；
图3是本发明实施例提供的碳化硅功率器件的另一种结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
现有技术中，在传统4H-SiC功率器件的终端区域中加入一个或多个P+掺杂区域，沿外延层顶部向外依次排列，通过离子注入同时实现器件有源区与终端区的P+掺杂；当对器件施加反向电压时，耗尽层会向外和向下扩展，后面的P+区域会对之前区域底部产生的峰值电场进行抑制，使得耗尽层不断向外延伸，从而达到提高器件反向击穿电压的目的；但是采用以上方法，大量雪崩电流会通过终端区传统，导致终端区域峰值电场较高，容易提前发生雪崩击穿。
有鉴于此，本申请提供的碳化硅功率器件，通过改进器件的结构，使得峰值电场转移到有源区，以提高器件的雪崩能量。
请参见图1，图1是本发明实施例提供的碳化硅功率器件的一种结构示意图，本申请所提供的一种碳化硅功率器件，包括：有源区和至少部分围绕所述有源区的终端区；
衬底7；
外延层3，位于衬底7的一侧，至少部分外延层3位于终端区，位于终端区的外延层3包括传输层4；至少部分外延层3位于有源区，位于有源区的外延层3包括P型参杂层2；外延层3为N-外延层，传输层4均为N-传输层，且N-传输层的浓度小于N-外延层的浓度。
具体而言，继续参见图1所示，本实施例中提供的碳化硅功率器件，通过在终端区引入传输层4，传输层4的浓度小于外延层3的浓度，使得终端区产生的较高的区域峰值电场转移至有源区，避免终端区峰值电场较高而造成的雪崩击穿，能够提高碳化硅功率器件的雪崩能量。
请继续参见图1所示，在本申请的一种可选地实施例中，传输层4包括多个场限环5，场限环5位于传输层4背离衬底7的一侧，相邻两个场限环5间隔排布。
具体而言，请继续参见图1所示，本实施例中的传输层4包括多个场限环5，相邻两个场限环5间隔排布，且沿终端区指向有源区的方向，场限环5的宽度不限制，场限环5的数量也不限制。
需要说明的是，本实施例中位于衬底7的另一侧设置有欧姆接触阴极9，位于外延区背离衬底7的一侧设置有肖特基接触阳极8，且肖特基接触阳极位于有源区。
请继续参见图1所示，在本申请的一种可选地实施例中，沿垂直于衬底的方向，传输层4的厚度为1.5μm～3μm，且传输层4的厚度均一。
具体而言，本实施例中将传输层4制作成厚度均一的结构，能够有效的简化碳化硅功率器件的制作工艺。
请参见图2，图2是本发明实施例提供的碳化硅功率器件的另一种结构示意图，在本申请的一种可选地实施例中，沿垂直于衬底的方向，传输层4与外延层3接触的界面为阶梯状；沿有源区指向终端区的方向，传输层4的厚度逐渐递减。
具体而言，本实施例中，将传输层4制作成阶梯状结构，能够有效的扩展耗尽层的范围，能够有效地将终端区产生的较高的区域峰值电场转移至有源区，避免终端区造成雪崩击穿。
请继续参见图2所示，在本申请的一种可选地实施例中，传输层4与外延层3接触形成的阶梯状界面的坡度为10°～80°。
请参见图3，图3是本发明实施例提供的碳化硅功率器件的另一种结构示意图，在本申请的一种可选地实施例中，沿垂直于衬底的方向，传输层4与外延层3接触的界面为凹凸状。
具体而言，本实施例中，将传输层4制作成凹凸状的结构，能够改善终端区电场分布，使其更加均匀。
请继续参见图3所示，在本申请的一种可选地实施例中，传输层4与外延层3接触形成的凹凸状界面包括凹槽；
沿垂直于衬底的方向，凹槽的深度为0.5μm～3μm。
具体而言，本实施例中凹槽的深度可以位1μm、2μm、2.5μm。
请继续参见图3所示，在本申请的一种可选地实施例中，沿垂直于衬底的方向，凹槽与场限环5一一对应设置；
沿有源区指向终端区的方向，凹槽的宽度与场限环5的宽度相同。
请继续参见图3所示，在本申请的一种可选地实施例中，还包括：氧化物层6，位于终端区，氧化物层6至少部分覆盖所述传输层4，且至少部分覆盖场限环5；
氧化物层6包括多个凸起，沿垂直于衬底的方向，凸起的正投影位于场限环5的正投影内。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种碳化硅功率器件，其特征在于，包括：有源区和至少部分围绕所述有源区的终端区；
衬底；
外延层，位于所述衬底的一侧，至少部分所述外延层位于所述终端区，位于所述终端区的所述外延层包括传输层；至少部分所述外延层位于所述有源区，位于所述有源区的所述外延层包括P型参杂层；所述外延层为N-外延层，所述传输层均为N-传输层，且所述N-传输层的浓度小于所述N-外延层的浓度。
2.根据权利要求1所述的一种碳化硅功率器件，其特征在于，所述传输层包括多个场限环，所述场限环位于所述传输层背离所述衬底的一侧，相邻两个所述场限环间隔排布。
3.根据权利要求1所述的一种碳化硅功率器件，其特征在于，沿垂直于所述衬底的方向，所述传输层的厚度为1.5μm～3μm，且所述传输层的厚度均一。
4.根据权利要求1所述的一种碳化硅功率器件，其特征在于，沿垂直于所述衬底的方向，所述传输层与所述外延层接触的界面为阶梯状；沿所述有源区指向所述终端区的方向，所述传输层的厚度逐渐递减。
5.根据权利要求4所述的一种碳化硅功率器件，其特征在于，所述传输层与所述外延层接触形成的阶梯状界面的坡度为10°～80°。
6.根据权利要求2所述的一种碳化硅功率器件，其特征在于，沿垂直于所述衬底的方向，所述传输层与所述外延层接触的界面为凹凸状。
7.根据权利要求6所述的一种碳化硅功率器件，其特征在于，所述传输层与所述外延层接触形成的凹凸状界面包括凹槽；
沿垂直于所述衬底的方向，所述凹槽的深度为0.5μm～3μm。
8.根据权利要求7所述的一种碳化硅功率器件，其特征在于，沿垂直于所述衬底的方向，所述凹槽与所述场限环一一对应设置；
沿所述有源区指向所述终端区的方向，所述凹槽的宽度与所述场限环的宽度相同。
9.根据权利要求6所述的一种碳化硅功率器件，其特征在于，还包括：氧化物层，位于所述终端区，所述氧化物层至少部分覆盖所述传输层，且至少部分覆盖所述场限环；
所述氧化物层包括多个凸起，沿垂直于所述衬底的方向，所述凸起的正投影位于所述场限环的正投影内。
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CN116487445A (zh) * 2023-06-19 2023-07-25 西安电子科技大学 一种用n-区包围p+渐变环的碳化硅功率器件及其制备方法

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