CN207947287U - 一种碳化硅肖特基二极管 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种碳化硅肖特基二极管，包括从上到下依次设置的阳极金属、p型外延层、n型漂移层、n+衬底以及阴极金属，所述p型外延层上设有复数个沟槽，所述沟槽穿过所述p型外延层，所述阳极金属一侧面设有复数个突起部，所述突起部与所述沟槽相匹配；利用沟槽结构，在保证阻断电压的基础上，增大肖特基二极管的阳极接触区域面积，降低器件导通电阻。

Description

一种碳化硅肖特基二极管

技术领域

本实用新型涉及一种碳化硅肖特基二极管。

背景技术

碳化硅是一种新兴的第三代半导体材料，具有良好的物理特性和电学特性，以其宽禁带、高热导率和高临界电场等优点，成为制作高温、大功率、高频半导体器件的理想材料。碳化硅肖特基二极管是最早实现商业化的碳化硅半导体器件，具有短反向恢复时间和极小的反向恢复电荷的特点。具有常见的商业化肖特基二极管为肖特基势垒二极管(Schottky BarrierDiodes)和结势垒肖特基二极管(Junction BarrierSchottkyDiodes)。

肖特基势垒二极管利用金半接触势垒实现反向阻断；而结势垒肖特基二极管利用反偏PN结的空间电荷区，为SBD结构承受反向偏压，从而能够在保证阻断电压的基础上，适当降低肖特基势垒高度以降低正向压降，同时减小二极管反偏漏电。然而，由于在结势垒肖特基二极管中，离子注入结区域并不能够导电，因此器件的有效导通面积减小了，这一缺点限制了JBS器件导通电流密度的提高。

发明内容

本实用新型要解决的技术问题，在于提供一种碳化硅肖特基二极管，利用沟槽结构，在保证阻断电压的基础上，增大肖特基二极管的阳极接触区域面积，降低器件导通电阻。

本实用新型是这样实现的：一种碳化硅肖特基二极管，包括从上到下依次设置的阳极金属、p型外延层、n型漂移层、n+衬底以及阴极金属，所述p型外延层上设有复数个沟槽，所述沟槽穿过所述p型外延层，所述阳极金属一侧面设有复数个突起部，所述突起部与所述沟槽相匹配。

进一步地，所述n型漂移层的厚度为5um至200um，掺杂浓度为1×10¹⁴cm^-3至1×10¹⁶cm^-3。

进一步地，所述p型外延层的厚度为0.3um至1.5um，掺杂浓度大于等于1×10¹⁸cm^-3。

进一步地，所述沟槽的宽度为1um至8um，所述沟槽的深度大于所述p型外延层的厚度。

进一步地，所述沟槽的深度为0.8um至3um。

进一步地，所述阳极金属为Al或Ti，阴极金属为Ni。

本实用新型的优点在于：本实用新型一种碳化硅肖特基二极管，该碳化硅二级管器件可应用于广泛的电压范围，具有良好的导通特性和反向恢复特性。利用沟槽结构，在导通状态下，高掺杂的p型区域和外延层n型区域结正偏，n型外延层一侧耗尽层宽度很小，沟槽的底部和侧壁都能形成导电区域。相比于JBS器件，该器件的电流导通面积得到了大幅增加。

当器件处于阻断状态时，高掺杂的p型外延层和n型漂移层反偏，其耗尽区宽度大幅展宽，对沟槽侧壁起到了屏蔽作用，提高了器件的阻断电压。相比于SBD器件，该器件阻断状态下的漏电流大幅减小。

器件的制备工艺简单，且最大程度的避免了离子注入工艺，具有较低的成本，适应大规模化的生产。

附图说明

下面参照附图结合实施例对本实用新型作进一步的说明。

图1是本实用新型一种碳化硅肖特基二极管的截面图。

图2是本实用新型一种碳化硅肖特基二极管的制备方法的流程图。

图3是本实用新型一种具体实施方式的图一。

图4是本实用新型一种具体实施方式的图二。

图5是本实用新型一种具体实施方式的图三。

具体实施方式

请参阅图1所示，本实用新型碳化硅肖特基二极管，包括从上到下依次设置的阳极金属5、p型外延层3、n型漂移层2、n+衬底1以及阴极金属6，所述p型外延层3上设有复数个沟槽4，所述沟槽4穿过所述p型外延层3，所述阳极金属5一侧面设有复数个突起部7，所述突起部7与所述沟槽4相匹配，所述n型漂移层的厚度为5um至200um，掺杂浓度为1×10¹⁴cm^-3至1×10¹⁶cm^-3，所述p型外延层3的厚度为0.3um至1.5um，掺杂浓度大于等于1×10¹⁸cm^-3，所述沟槽4的宽度为1um至8um，所述沟槽4的深度大于所述p型外延层3的厚度，所述沟槽4的深度为0.8um至3um，所述阳极金属5为Al或Ti，阴极金属6为Ni。

所述阳极金属5选择Al/Ti，目的是形成阳极接触，金属与n型漂移层2形成肖特基接触，与p型外延层3形成欧姆接触，这样当器件反向阻断时，由n型漂移层2和p型外延层3形成的耗尽层能够最大程度地屏蔽沟槽4侧面，降低阻断状态下的漏电流。

请参阅图2所示，本实用新型碳化硅肖特基二极管的制备方法，具体包括如下步骤：

步骤1、在n+衬底1上生长n型漂移层2；

步骤2、在所述n型漂移层2一侧面上通过外延生长的方法形成一层p型外延层3；

步骤3、在p型外延层3一侧面的表面通过电子束蒸发的方法，蒸发形成设定厚度的掩膜层，对该掩膜层进行光刻开孔，RIE刻蚀去掉所需开出沟槽4之上的掩膜层，所述掩膜层为金属Ni为材料形成的层；

采用ICP干法刻蚀对进行垂直刻蚀，刻蚀穿过p型外延层3；

利用浓硫酸双氧水混合液，加热条件下去掉表面的金属；

进行SEM观察，根据所需要沟槽4的深度，结合Deal–Grove模型计算出氧化所需时间；

依照计算所需时间进行氧化，使用BOE溶液去掉氧化层，最终形成所述沟槽4；

步骤4、在n型漂移层2另一侧面通过电子束蒸发或磁控溅射淀积一金属，并在氮气保护下进行接触退火，退火时间为2min，退火温度为975℃，形成阴极金属6；

步骤5、在p型外延层3一侧面，通过电子束蒸发或磁控溅射淀积一金属，填充沟槽4，光刻、刻蚀形成场板图形，之后在氮气保护下进行接触退火，退火时间为4min，退火温度为900℃，形成阳极金属5。

本实用新型一种实施例：

碳化硅肖特基二极管的制备方法包括：

S1、在n+衬底1上生长n型漂移层2；

S2、在所述n型漂移层2上通过外延生长的方法形成一层p型外延层3；

S3、对器件进行刻蚀，形成沟槽4；

具体的，如图3至图5所示，在p型外延层3上，利用电子束蒸发或磁控溅射的方法，形成厚度为100nm至500nm的金属Ni；之后利用曝光技术，获得图形化表面，利用RIE刻蚀形成Ni金属掩膜；之后清洗晶片表面，去除光刻胶，利用ICP刻蚀形成沟槽4。

S4、在器件背面，通过电子束蒸发或磁控溅射淀积金属，并进行接触退火，形成阴极金属6；

具体的，翻转晶元，利用电子束蒸发或磁控溅射的方法淀积厚度为100nm至500nm的金属Ni，在N2气体的保护下，进行接触退火2min，退火温度975℃。

S5、在器件正面，通过电子束蒸发或磁控溅射淀积金属，并填充沟槽，光刻、刻蚀形成场板图形，之后进行阳极欧姆接触退火，形成阳极金属5。

具体的，器件背面涂胶并坚膜保护背面欧姆接触。翻转晶元后，在器件正面利用电子束蒸发或磁控溅射的方法淀积150nm的金属Al或30nm的金属Ti，匀胶、光刻、显影并坚膜后，刻蚀金属形成场板结构。之后在N2气体的保护下，进行接触退火4min，退火温度900℃，这样金属与n型漂移层2形成肖特基接触，而与p型外延层3形成欧姆接触。

虽然以上描述了本实用新型的具体实施方式，但是熟悉本技术领域的技术人员应当理解，我们所描述的具体的实施例只是说明性的，而不是用于对本实用新型的范围的限定，熟悉本领域的技术人员在依照本实用新型的精神所作的等效的修饰以及变化，都应当涵盖在本实用新型的权利要求所保护的范围内。

Claims (6)

1.一种碳化硅肖特基二极管，其特征在于：包括从上到下依次设置的阳极金属、p型外延层、n型漂移层、n+衬底以及阴极金属，所述p型外延层上设有复数个沟槽，所述沟槽穿过所述p型外延层，所述阳极金属一侧面设有复数个突起部，所述突起部与所述沟槽相匹配。

2.如权利要求1所述的一种碳化硅肖特基二极管，其特征在于：所述n型漂移层的厚度为5um至200um，掺杂浓度为1×10¹⁴cm^-3至1×10¹⁶cm^-3。

3.如权利要求1所述的一种碳化硅肖特基二极管，其特征在于：所述p型外延层的厚度为0.3um至1.5um，掺杂浓度大于等于1×10¹⁸cm^-3。

4.如权利要求1所述的一种碳化硅肖特基二极管，其特征在于：所述沟槽的宽度为1um至8um，所述沟槽的深度大于所述p型外延层的厚度。

5.如权利要求1所述的一种碳化硅肖特基二极管，其特征在于：所述沟槽的深度为0.8um至3um。

6.如权利要求1所述的一种碳化硅肖特基二极管，其特征在于：所述阳极金属为Al或Ti，阴极金属为Ni。