CN213583807U - 一种抗电磁干扰抗浪涌碳化硅mps器件 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种抗电磁干扰抗浪涌碳化硅MPS器件。其N+离子注入区位于阴极二区与其两侧的各N‑外延层的表面之间；阳极一区和阳极二区位于阴极二区两侧；一次P+离子注入区位于一次N‑外延层的上表面，阳极一区最边缘的一次P+离子注入区位于一次N‑外延层，二次N‑外延层以及阳极一区三者交汇处；阳极二区最边缘的一次P+离子注入区位于一次N‑外延层，二次N‑外延层以及阳极二区三者交汇处；二次P+离子注入区和三次P+离子注入区分别位于二次N‑外延层和三次N‑外延层上表面，阴极二区两侧的二次P+离子注入区和三次P+离子注入区与阳极一区或阳极二区相邻。本实用新型的碳化硅MPS器件具有更大的导通电流，增强了器件的抗电磁干扰能力和抗浪涌能力。

Description

一种抗电磁干扰抗浪涌碳化硅MPS器件

技术领域

本实用新型涉及微电子技术领域，具体涉及一种抗电磁干扰抗浪涌碳化硅MPS器件。

背景技术

碳化硅(SiC)肖特基二极管是一种宽禁带半导体功率器件，具有出色的器件性能，因为SiC材料具有高临界击穿电场、高饱和电子漂移速率、高热导率等优良的物理特性，可用于制作高压、大功率、高频、高温应用的半导体功率器件，将在轨道交通等领域发挥重要作用。

SiC MPS二极管(Merged PiN-Schottky Diode)是SiC肖特基二极管中的一种器件，这种器件在SiC肖特基二极管的基础上加入了寄生的PiN结构，使其电学特性结合了SiC肖特基二极管和PiN二极管的优点，在正偏时，随着正偏电压的增大，肖特基二极管首先开启，然后寄生的PiN二极管开启。当PiN二极管开启后，将会有大量少子由P+离子注入区注入到漂移区，产生电导调制效应使正向串联电阻减小，增大导通电流。在反偏的时候，SiC MPS二极管反向特性由寄生PiN二极管主导，反向漏电流很小。

抗电磁干扰可靠性是SiC MPS二极管面临的可靠性问题之一，尤其在轨道交通领域，随着各种强电力设备的小型化，设备之间的空间距离减少，电力设备释放的强磁场是电磁干扰产生的方式之一，当SiC MPS二极管在正向导通状态下工作时，电子和空穴的运动将会可能受到强磁场的干扰，引起器件性能的变化。

浪涌电流可靠性是SiC MPS二极管面临的另一个重要的可靠性问题，尽管关于SiCMPS二极管抗浪涌能力在不断提高，但是传统SiC MPS二极管的抗浪涌能力具有其极限，尤其当浪涌电流超过其额定工作电流10倍以上的时候，器件将难以承受如此高的电流密度，导致器件损坏。

实用新型内容

本实用新型的目的是为了克服现有技术中的问题，提供一种抗电磁干扰抗浪涌碳化硅MPS器件，本实用新型在只有纵向导通电流路径的传统SiC MPS二极管的基础上对器件结构进行了改良，引入了横向导通电流路径，进一步增大了器件的导通电流，从而提升了器件的抗电磁干扰能力和抗浪涌能力。

本实用新型提供了一种抗电磁干扰抗浪涌碳化硅MPS器件，包括阴极电极，包括阴极一区和阴极二区；

N+衬底区，位于所述阴极一区的上方，所述阴极二区位于N+衬底区上；

N-外延层，由下至上依次包括一次N-外延层，二次N-外延层和三次N-外延层；所述一次N-外延层位于N+衬底区的上方，所述一次N-外延层、二次N-外延层和三次N-外延层均包括分布在阴极二区左侧和右侧的部分；

N+离子注入区，包括N+离子注入区一区和N+离子注入区二区，N+离子注入区一区位于阴极二区左侧以及阴极二区左侧的各N-外延层的右表面之间；所述N+离子注入区二区位于阴极二区右侧和阴极二区右侧的各N-外延层的左表面之间；

阳极电极，包括阳极一区和阳极二区，阳极一区位于阴极二区左侧的一次N-外延层的上方，且其右表面和二次N-外延层以及三次N-外延层的左表面相邻；阳极二区位于阴极二区右侧的一次N-外延层的上方，且其左表面和二次N-外延层以及三次N-外延层的右表面相邻；

P+离子注入区，包括一次P+离子注入区，二次P+离子注入区和三次P+离子注入区；

所述一次P+离子注入区位于一次N-外延层的上表面，且与阳极一区和阳极二区的下表面相邻，阳极一区最边缘的一次P+离子注入区位于一次N-外延层，二次N-外延层以及阳极一区三者交汇处，且与二次N-外延层的下表面相邻；阳极二区最边缘的一次P+离子注入区位于一次N-外延层，二次N-外延层以及阳极二区三者交汇处，且与二次N-外延层的下表面相邻；

所述二次P+离子注入区位于二次N-外延层上表面，阴极二区两侧的二次P+离子注入区分别与阳极一区和阳极二区靠近阴极二区的一侧表面相邻；三次P+离子注入区位于三次N-外延层上表面，阴极二区两侧的三次P+离子注入区分别与阳极一区和阳极二区靠近阴极二区的一侧表面相邻。

较佳地，N+衬底区的厚度为380μm，氮元素掺杂浓度为5×10¹⁸cm^-3～1×10²⁰cm^-3。

较佳地，一次N-外延层的厚度为5μm，氮元素掺杂浓度为1×10¹⁶cm^-3～3×10¹⁶cm^-3，二次N-外延层的厚度为6μm～25μm，宽度为5μm，氮元素掺杂浓度为1×10¹⁶cm^-3～3×10¹⁶cm^-3；三次N-外延层的厚度为6μm～25μm，宽度为5μm，氮元素掺杂浓度为1×10¹⁶cm^-3～3×10¹⁶cm^-3。

较佳地，阳极一区的宽度为12μm～25μm，厚度为12μm～50μm.，阳极二区的宽度为12μm～25μm，厚度为12μm～50μm。

较佳地，一次P+离子注入区的宽度为1μm～2μm，离子注入深度为1μm～2μm，铝离子掺杂浓度为1×10¹⁸cm^-3～1×10²⁰cm^-3；二次P+离子注入区的宽度为1μm～2μm，离子注入深度为1μm～2μm，铝离子掺杂浓度为1×10¹⁸cm^-3～1×10²⁰cm^-3；三次P+离子注入区的宽度为1μm～2μm，离子注入深度为1μm～2μm，铝离子掺杂浓度为1×10¹⁸cm^-3～1×10²⁰cm^-3。

较佳地，N+离子注入区一区的宽度为0.5μm，高度为17μm～55μm，氮元素掺杂浓度为5×10¹⁸cm^-3～1×10²⁰cm^-3；N+离子注入区二区的宽度为0.5μm，高度为17μm～55μm，氮元素掺杂浓度为5×10¹⁸cm^-3～1×10²⁰cm^-3。

较佳地，阴极一区宽度为36μm～70μm，厚度10μm，阴极二区的宽度为1μm，高度为17μm～55μm，阴极二区的宽度为1μm，高度为17μm～50μm。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：本实用新型的碳化硅MPS器件是同时具有横向和纵向导通电流路径的抗电磁干扰抗浪涌碳化硅MPS器件，不仅具有纵向导通电流路径，同时引入了横向导通电流路径。当器件受到强磁场干扰时，由于磁场只对某向固定方向流动的载流子影响是最强的，若纵向导通电流路径受到强干扰，则横向导通电流路径会受到干扰相对较小而正常工作；若横向导通电流路径受到强干扰，则纵向导通电流路径会受到干扰相对较小而正常工作。此外，由于增加了横向导通电流路径，进一步拓展了器件的空间，有效的增大了器件导通电流路径的面积，进而有效的提高了器件抵抗浪涌电流的能力。且外延层生长的越多，横向导通电流路径越厚，器件的抗浪涌电流的能力越强。

本实用新型器件具有导通电阻低以及抗电磁干扰抗浪涌电流能力强的优点，可广泛应用功率电子领域。

附图说明

图1为本实用新型一种抗电磁干扰抗浪涌SiC MPS器件的结构示意图；

图2为本实用新型一种抗电磁干扰抗浪涌SiC MPS器件的电流流向示意图。

附图标记说明：

1.阳极一区，2.阳极二区，3.阴极一区，4.阴极二区，5.一次N-外延层，6.二次N-外延层，7.三次N-外延层，8.一次P+离子注入区，9.二次P+离子注入区，10.三次P+离子注入区，11.N+衬底区，12.N+离子注入区一区，13.N+离子注入区二区。

具体实施方式

下面结合附图1-2，对本实用新型的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本实用新型的保护范围并不受具体实施方式的限制。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型提供的一种抗电磁干扰抗浪涌碳化硅MPS器件，包括阴极电极，包括阴极一区3和阴极二区4；

N+衬底区11，位于所述阴极一区3的上方，所述阴极二区4位于N+衬底区11上；

N-外延层，由下至上依次包括一次N-外延层5，二次N-外延层6和三次N-外延层7；所述一次N-外延层5位于N+衬底区11的上方，所述一次N-外延层5、二次N-外延层6和三次N-外延层7均包括分布在阴极二区4左侧和右侧的部分；

N+离子注入区，包括N+离子注入区一区12和N+离子注入区二区13，N+离子注入区一区12位于阴极二区4左侧以及阴极二区4左侧的各N-外延层5的右表面之间；所述N+离子注入区二区13位于阴极二区4右侧和阴极二区4右侧的各N-外延层5的左表面之间；

阳极电极，包括阳极一区1和阳极二区2，阳极一区1位于阴极二区4左侧的一次N-外延层5的上方，且其右表面和二次N-外延层6以及三次N-外延层7的左表面相邻；阳极二区2位于阴极二区4右侧的一次N-外延层5的上方，且其左表面和二次N-外延层6以及三次N-外延层7的右表面相邻；

P+离子注入区，包括一次P+离子注入区8，二次P+离子注入区9和三次P+离子注入区10；

所述一次P+离子注入区8位于一次N-外延层5的上表面，且与阳极一区1和阳极二区2的下表面相邻，阳极一区1最边缘的一次P+离子注入区8位于一次N-外延层5，二次N-外延层6以及阳极一区1三者交汇处，且与二次N-外延层6的下表面相邻；阳极二区2最边缘的一次P+离子注入区8位于一次N-外延层5，二次N-外延层6以及阳极二区2三者交汇处，且与二次N-外延层6的下表面相邻；

所述二次P+离子注入区9位于二次N-外延层6上表面，阴极二区4两侧的二次P+离子注入区9分别与阳极一区1和阳极二区4靠近阴极二区4的一侧表面相邻；三次P+离子注入区10位于三次N-外延层7上表面，阴极二区4两侧的三次P+离子注入区10分别与阳极一区1和阳极二区4靠近阴极二区4的一侧表面相邻。

优选地，N+衬底区11的厚度为380μm，氮元素掺杂浓度为5×10¹⁸cm^-3～1×10²⁰cm^-3。

优选地，一次N-外延层5的厚度为5μm，氮元素掺杂浓度为1×10¹⁶cm^-3～3×10¹⁶cm^-3，二次N-外延层6的厚度为6μm～25μm，宽度为5μm，氮元素掺杂浓度为1×10¹⁶cm^-3～3×10¹⁶cm^-3；三次N-外延层7的厚度为6μm～25μm，宽度为5μm，氮元素掺杂浓度为1×10¹⁶cm^-3～3×10¹⁶cm^-3。

优选地，阳极一区1的宽度为12μm～25μm，厚度为12μm～50μm.，阳极二区2的宽度为12μm～25μm，厚度为12μm～50μm。

优选地，一次P+离子注入区8的宽度为1μm～2μm，离子注入深度为1μm～2μm，铝离子掺杂浓度为1×10¹⁸cm^-3～1×10²⁰cm^-3；二次P+离子注入区9的宽度为1μm～2μm，离子注入深度为1μm～2μm，铝离子掺杂浓度为1×10¹⁸cm^-3～1×10²⁰cm^-3；三次P+离子注入区10的宽度为1μm～2μm，离子注入深度为1μm～2μm，铝离子掺杂浓度为1×10¹⁸cm^-3～1×10²⁰cm^-3。

优选地，N+离子注入区一区12的宽度为0.5μm，高度为17μm～55μm，氮元素掺杂浓度为5×10¹⁸cm^-3～1×10²⁰cm^-3；N+离子注入区二区13的宽度为0.5μm，高度为17μm～55μm，氮元素掺杂浓度为5×10¹⁸cm^-3～1×10²⁰cm^-3。

优选地，阴极一区3宽度为36μm～70μm，厚度10μm，阴极二区的宽度为1μm，高度为17μm～55μm，阴极二区4的宽度为1μm，高度为17μm～50μm。

N+衬底区11与阴极一区3相邻且位于阴极一区3之上，N+衬底区11的厚度为380μm，阴极一区3的宽度为36μm～70μm，厚度10μm，掺杂浓度为5×10¹⁸cm^-3～1×10²⁰cm^-3；一次N-外延层5与N+衬底区11相邻且位于N+衬底区11之上，一次N-外延层5的厚度为5μm，掺杂浓度为1×10¹⁶cm^-3～3×10¹⁶cm^-3；二次N-外延层6与一次N-外延层5相邻且位于一次N-外延层5之上，二次N-外延层6的厚度为6μm～25μm，宽度为5μm，掺杂浓度为1×10¹⁶cm^-3～3×10¹⁶cm^-3；三次N-外延层7与二次N-外延层6相邻且位于二次N-外延层6之上，三次N-外延层7的厚度为6μm～25μm，宽度为5μm，掺杂浓度为1×10¹⁶cm^-3～3×10¹⁶cm^-3。

阳极一区1与一次N-外延层5相邻，且位于一次N-外延层5的上侧，阳极一区1与二次N-外延层6相邻，且位于二次N-外延层6左侧；阳极一区1与三次N-外延层7相邻，且位于三次N-外延层7左侧；阳极二区2与一次N-外延层5相邻，且位于一次N-外延层5的上侧，阳极二区2与二次N-外延层6相邻，且位于二次N-外延层6右侧；阳极一区2与三次N-外延层7相邻，且位于三次N-外延层7右侧；阳极一区1的宽度为12μm～25μm，厚度为12μm～50μm，阳极二区2的宽度为12μm～25μm，厚度为12μm～50μm。

阴极二区4左侧的一次P+离子注入区8位于一次N-外延层5的上表面，且与阳极一区1的下表面相邻；阳极一区1最边缘的一次P+离子注入区8位于一次N-外延层5，二次N-外延层6以及阳极一区1三者交汇处，且与二次N-外延层6的下表面相邻；阴极二区4右侧的一次P+离子注入区8位于一次N-外延层5的上表面，且与阳极二区2的下表面相邻；同时，阳极二区2最边缘的一次P+离子注入区8位于一次N-外延层5，二次N-外延层6以及阳极二区2三者交汇处，且与二次N-外延层6的下表面相邻；一次P+离子注入区8的宽度为1μm～2μm，离子注入深度为1μm～2μm，掺杂浓度为1×10¹⁸cm^-3～1×10²⁰cm^-3。

阴极二区4左侧的二次P+离子注入区9位于二次N-外延层6上表面，阴极二区4左侧的二次P+离子注入区9与阳极一区1的右表面相邻，阴极二区4右侧的二次P+离子注入区9位于二次N-外延层6上表面，阴极二区4右侧的二次P+离子注入区9与阳极二区2的左表面相邻。二次P+离子注入区9的宽度为1μm～2μm，离子注入深度为1μm～2μm，掺杂浓度为1×10¹⁸cm^-3～1×10²⁰cm^-3。

阴极二区4左侧的三次P+离子注入区10位于三次N-外延层7上表面，阴极二区4左侧的三次P+离子注入区10与阳极一区1的右表面相邻；阴极二区4右侧的三次P+离子注入区10位于三次N-外延层7上表面，阴极二区4右侧的三次P+离子注入区10与阳极二区2的左表面相邻。三次P+离子注入区10的宽度为1μm～2μm，离子注入深度为1μm～2μm，掺杂浓度为1×10¹⁸cm^-3～1×10²⁰cm^-3。

N+离子注入区一区12与阴极二区4左侧的一次N-外延层5的右表面相邻，N+离子注入区一区12与阴极二区4左侧的二次N-外延层6的右表面相邻，N+离子注入区一区12与阴极二区4左侧的三次N-外延层7的右表面相邻；N+离子注入区一区12与N+衬底区11的上表面相邻，N+离子注入区一区12与阴极二区4的左表面相邻。N+离子注入区一区12的宽度为0.5μm，高度为17μm～55μm，掺杂浓度为5×10¹⁸cm^-3～1×10²⁰cm^-3。

N+离子注入区二区13与阴极二区4右侧的一次N-外延层5的左表面相邻，N+离子注入区二区13与阴极二区4右侧的二次N-外延层6的左表面相邻，N+离子注入区二区13与阴极二区4右侧的三次N-外延层7的左表面相邻；N+离子注入区二区13与N+衬底区11的上表面相邻，N+离子注入区二区13与阴极二区4的右表面相邻，N+离子注入区二区13的宽度为0.5μm，高度为17μm～55μm，掺杂浓度为5×10¹⁸cm^-3～1×10²⁰cm^-3。

阴极二区4与N+衬底区11相邻且位于N+衬底区11的上侧，阴极二区4与N+离子注入区一区12、N+离子注入区二区13相邻且位于N+离子注入区一区12、N+离子注入区二区13之间。阴极二区4的宽度为1μm，高度为17μm～50μm。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (3)

1.一种抗电磁干扰抗浪涌碳化硅MPS器件，其特征在于，包括：

阴极电极，包括阴极一区(3)和阴极二区(4)；

N+衬底区(11)，位于所述阴极一区(3)的上方，所述阴极二区(4)位于N+衬底区(11)上；

N-外延层，由下至上依次包括一次N-外延层(5)，二次N-外延层(6)和三次N-外延层(7)；所述一次N-外延层(5)位于N+衬底区(11)的上方，所述一次N-外延层(5)、二次N-外延层(6)和三次N-外延层(7)均包括分布在阴极二区(4)左侧和右侧的部分；

N+离子注入区，包括N+离子注入区一区(12)和N+离子注入区二区(13)，N+离子注入区一区(12)位于阴极二区(4)左侧以及阴极二区(4)左侧的各N-外延层(5)的右表面之间；所述N+离子注入区二区(13)位于阴极二区(4)右侧和阴极二区(4)右侧的各N-外延层(5)的左表面之间；

阳极电极，包括阳极一区(1)和阳极二区(2)，阳极一区(1)位于阴极二区(4)左侧的一次N-外延层(5)的上方，且其右表面和二次N-外延层(6)以及三次N-外延层(7)的左表面相邻；阳极二区(2)位于阴极二区(4)右侧的一次N-外延层(5)的上方，且其左表面和二次N-外延层(6)以及三次N-外延层(7)的右表面相邻；

P+离子注入区，包括一次P+离子注入区(8)，二次P+离子注入区(9)和三次P+离子注入区(10)；所述一次P+离子注入区(8)位于一次N-外延层(5)的上表面，且与阳极一区(1)和阳极二区(2)的下表面相邻，阳极一区(1)最边缘的一次P+离子注入区(8)位于一次N-外延层(5)，二次N-外延层(6)以及阳极一区(1)三者交汇处，且与二次N-外延层(6)的下表面相邻；阳极二区(2)最边缘的一次P+离子注入区(8)位于一次N-外延层(5)，二次N-外延层(6)以及阳极二区(2)三者交汇处，且与二次N-外延层(6)的下表面相邻；

所述二次P+离子注入区(9)位于二次N-外延层(6)上表面，阴极二区(4)两侧的二次P+离子注入区(9)分别与阳极一区(1)和阳极二区(2)靠近阴极二区(4)的一侧表面相邻；三次P+离子注入区(10)位于三次N-外延层(7)上表面，阴极二区(4)两侧的三次P+离子注入区(10)分别与阳极一区(1)和阳极二区(2)靠近阴极二区(4)的一侧表面相邻。

2.如权利要求1所述的抗电磁干扰抗浪涌碳化硅MPS器件，其特征在于，所述阳极一区(1)的宽度为12μm～25μm，厚度为12μm～50μm，阳极二区(2)的宽度为12μm～25μm，厚度为12μm～50μm。

3.如权利要求1所述的抗电磁干扰抗浪涌碳化硅MPS器件，其特征在于，所述阴极一区(3)宽度为36μm～70μm，厚度10μm，阴极二区的宽度为1μm，高度为17μm～55μm，阴极二区(4)的宽度为1μm，高度为17μm～50μm。

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