一種具有深溝槽的浮動(dòng)結(jié)碳化硅sbd器件的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種具有深溝槽的浮動(dòng)結(jié)碳化硅SBD器件，其包括金屬、SiO2隔離介質(zhì)、溝槽、一次N-外延層、P+離子注入?yún)^(qū)、二次N-外延層、N+襯底區(qū)、歐姆接觸區(qū)，其中，所述P+離子注入?yún)^(qū)處于深溝槽的拐角處下方；所述溝槽為深溝槽，溝槽的深度為1.5～8μm。本發(fā)明具有深溝槽的浮動(dòng)結(jié)碳化硅SBD器件，繼承溝槽式碳化硅SBD的基本結(jié)構(gòu)，具有正向電流大的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)克服了反向漏電流大的缺點(diǎn)。
【專利說明】 一種具有深溝槽的浮動(dòng)結(jié)碳化硅SBD器件
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及微電子【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種具有深溝槽的浮動(dòng)結(jié)碳化硅SBD器件。
【背景技術(shù)】
[0002]寬禁帶半導(dǎo)體材料是以碳化硅、氮化鎵等材料為代表的第三代半導(dǎo)體材料，在這其中尤其以碳化硅材料著稱，SiC材料禁帶寬度大，可達(dá)到3eV以上。臨界擊穿電場可達(dá)到2MV/cm以上。SiC材料熱導(dǎo)率高(4.9ff/cm.K左右)，并且器件耐高溫，比Si更適合于大電流器件。SiC載流子壽命短，只有幾納秒到幾百納秒。SiC材料的抗輻照特性也十分優(yōu)秀，輻射引入的電子-空穴對比Si材料要少得多。因此，SiC優(yōu)良的物理特性使得SiC器件在航空航天電子，高溫輻射惡劣環(huán)境、軍用電子無線通信、雷達(dá)、汽車電子、大功率相控陣?yán)?、射頻RF等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用，并且在未來的新能源領(lǐng)域有極其良好的應(yīng)用前景。
[0003]浮動(dòng)結(jié)結(jié)構(gòu)可以將相同摻雜濃度下的器件的擊穿電壓提高近一倍，SiC浮動(dòng)結(jié)器件已經(jīng)在實(shí)驗(yàn)室由T Hatakeyama等人首次制造成功。SiC浮動(dòng)結(jié)基于二次外延工藝獲得，即在一次外延層上進(jìn)行離子注入后，在一次外延層上進(jìn)行第二次外延生長，從而形成浮動(dòng)結(jié)。
[0004]肖特基二極管由于其低壓降和大電流在功率器件中被廣泛應(yīng)用。為了實(shí)現(xiàn)更大的電流，90年代就有人提出了 SiC溝槽式的肖特基二極管(TSBD)。溝槽式的肖特基二極管大大增加了肖特基接觸的面積，實(shí)現(xiàn)了更低的壓降和更大的電流。但是SiC溝槽式的肖特基二極管會(huì)在溝槽的拐角處引入峰值電場。肖特基二極管在反向偏壓下會(huì)在肖特基的勢壘降低效應(yīng)、場發(fā)射模型和熱場發(fā)射模型的作用下產(chǎn)生漏電流，并且隨電場呈指數(shù)增長，而溝槽的拐角處引入峰值電場大大增大器件的反向漏電流。
[0005]鑒于上述缺陷，本發(fā)明創(chuàng)作者經(jīng)過長時(shí)間的研究和實(shí)踐終于獲得了本創(chuàng)作。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于提供一種具有深溝槽的浮動(dòng)結(jié)碳化硅SBD器件，用以克服上述技術(shù)缺陷。
[0007]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種具有深溝槽的浮動(dòng)結(jié)碳化硅SBD器件，其包括金屬、S12隔離介質(zhì)、溝槽、一次N_外延層、P+離子注入?yún)^(qū)、二次N_外延層、N+襯底區(qū)、歐姆接觸區(qū)，其中，
[0008]所述P+離子注入?yún)^(qū)處于深溝槽的拐角處下方；
[0009]所述溝槽為深溝槽，溝槽的深度為1.5?8 μ m。
[0010]進(jìn)一步，所述Pf外延層最上端到底面的厚度為20 μ m,其中氮離子摻雜濃度為I X 115Cm 3?I X 116Cm 3，一次N外延層的厚度為12?17 μ m。
[0011 ] 進(jìn)一步，所述P+離子注入?yún)^(qū)的摻雜濃度為5 X 118CnT3?I X 1019cm_3，厚度為0.4?
0.6 μ m0
[0012]進(jìn)一步，P+離子注入?yún)^(qū)處于深溝槽的拐角處下方，P+離子注入?yún)^(qū)距溝槽O?L 5 μ m0
[0013]進(jìn)一步，所述P+離子注入?yún)^(qū)區(qū)域?qū)喜酃战菂^(qū)域完全覆蓋。
[0014]進(jìn)一步，溝槽的形狀為實(shí)心形狀的溝槽，溝槽拐角處下方的浮動(dòng)結(jié)為相應(yīng)的環(huán)形。
[0015]進(jìn)一步,所述二次N_外延層位于一次『外延層上方,厚度是3~8 μ m,氮離子摻雜濃度為IxlO15Cnr3~lX1016cnT3，一次N—外延層和二次N—外延層的總厚度為20 μ m。
[0016]進(jìn)一步，所述N+襯底是N型SiC襯底片；一次f外延層位于N+襯底之上。
[0017]進(jìn)一步,所述金屬和S12隔離介質(zhì)位于二次Pf外延層上方。
[0018]與現(xiàn)有技術(shù)相比較本發(fā)明的有益效果在于:本發(fā)明具有深溝槽的浮動(dòng)結(jié)碳化硅SBD器件，繼承溝槽式碳化硅SBD的基本結(jié)構(gòu)，具有正向電流大的優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明提供的器件器件，將傳統(tǒng)溝槽式碳化硅SBD進(jìn)行基于SiC浮動(dòng) 結(jié)二次外延工藝進(jìn)行了改進(jìn)，具有反向漏電流低的優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明提供的器件耐高溫、耐高壓、開關(guān)時(shí)間短和抗輻射能力強(qiáng)等，可廣泛應(yīng)用于電力電子領(lǐng)域。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1a為本發(fā)明具有深溝槽的浮動(dòng)結(jié)碳化硅SBD器件的剖面圖；
[0020]圖1b為本發(fā)明具有深溝槽的浮動(dòng)結(jié)碳化硅SBD器件的俯視圖；
[0021]圖2為本發(fā)明具有深溝槽的浮動(dòng)結(jié)碳化硅SBD器件的一次外延層俯視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0022]以下結(jié)合附圖，對本發(fā)明上述的和另外的技術(shù)特征和優(yōu)點(diǎn)作更詳細(xì)的說明。
[0023]請參閱圖1a所示，本發(fā)明具有深溝槽的浮動(dòng)結(jié)碳化硅SBD器件包括:金屬US12隔離介質(zhì)2、溝槽3、一次N_外延層4、P+離子注入?yún)^(qū)5、二次N_外延層6、N+襯底區(qū)7、歐姆接觸區(qū)8。
[0024]請結(jié)合圖1b所示，本發(fā)明的器件中，所述N+襯底7是N型SiC襯底片。一次N—外延層4位于N+襯底7之上，厚度為12~17 μ m,氮離子摻雜濃度為lxl015cm_3~lxl016cm_3。
[0025]所述P+離子注入?yún)^(qū)5位于一次N_外延層4表面，鋁離子摻雜濃度為5X1018cm_3~lxl019cm_3，離子注入深度為0.4~0.6 μ m。二次N_外延層6位于一次N_外延層4上方，厚度是3~8 μ m，氮離子摻雜濃度為IxlO1W~lxl016cm^3o 一次N—外延層4和二次N—外延層6的總厚度為20 μ m。
[0026]所述金屬I和S12隔離介質(zhì)2位于二次Pf外延層6上方。金屬I和S12隔離介質(zhì)2相鄰，且金屬與和S12隔離介質(zhì)2有上下相重合之處12。溝槽3位于金屬I下方，外延層的表面，所述金屬I和溝槽3有重合處13。P+離子注入?yún)^(qū)處于深溝槽3的拐角處下方，P+離子注入?yún)^(qū)5距溝槽O~1.5 μ m，且P+離子注入?yún)^(qū)5區(qū)域?qū)喜?拐角區(qū)域完全覆蓋。
[0027]在本發(fā)明采用的器件中，反向偏壓下，電場聚集在溝槽拐角處，峰值電場由P+離子注入?yún)^(qū)5和外延層形成的PN結(jié)承擔(dān)，器件拐角處的電流機(jī)制由在沒有P+離子注入?yún)^(qū)5時(shí)肖特基勢壘的場發(fā)射模型和熱場發(fā)射模型變?yōu)橐苑聪蜓┍离娏?、反向飽和電流和耗盡層產(chǎn)生電流為主。器件的反向漏電流大大降低，接近理想一維器件的反向漏電流。
[0028]請參見圖1b和圖2，溝槽3采用條狀或塊狀圖形，P+離子注入?yún)^(qū)5覆蓋了溝槽3的拐角處，故P+離子注入?yún)^(qū)5的形狀為與溝槽3相同形狀的環(huán)形。[0029]實(shí)施例一:
[0030]參照圖1a和圖3，本發(fā)明中具有深溝槽的浮動(dòng)結(jié)碳化硅SBD器件的結(jié)構(gòu)如下:
[0031]N+襯底是N型SiC襯底片，一次N—外延層位于N+襯底之上。
[0032]P+離子注入?yún)^(qū)位于一次f外延層表面。二次『外延層位于一次f外延層上。金屬和S12隔離介質(zhì)位于二次Pf外延層上方。金屬和S12隔離介質(zhì)相鄰,且金屬與和S12隔離介質(zhì)有上下相重合之處。溝槽位于金屬下方，外延層的表面。P+離子注入?yún)^(qū)處于深溝槽的拐角處下方，且P+離子注入?yún)^(qū)區(qū)域?qū)喜酃战菂^(qū)域完全覆蓋。
[0033]N—外延層的厚度為12μπι，氮離子摻雜濃度為lxl016cm_3。P+離子注入?yún)^(qū)鋁離子摻雜濃度為lxl019cm_3，離子注入深度為0.6μπι。二次Ν_外延層的厚度是8 μ m，氮離子摻雜濃度為lX1016cm_3。溝槽的深度為8 μ m。
[0034]實(shí)施例二:
[0035]參照圖1a和圖lb，本發(fā)明中具有深溝槽的浮動(dòng)結(jié)碳化硅SBD器件的結(jié)構(gòu)如下:
[0036]N+襯底是N型SiC襯底片。一次f外延層位于N+襯底之上。P+離子注入?yún)^(qū)位于一次N—外延層表面。二次N—外延層位于一次N—外延層上。金屬和S12隔離介質(zhì)位于二次N_外延層上方。
[0037]金屬和S12隔離介質(zhì)相鄰，且金屬與和S12隔離介質(zhì)有上下相重合之處。溝槽位于金屬下方，外延層的表面。P+離子注入?yún)^(qū)處于深溝槽的拐角處下方，且P+離子注入?yún)^(qū)區(qū)域?qū)喜酃战菂^(qū)域完全 覆蓋。
[0038]N—外延層的厚度為15μπι，氮離子摻雜濃度為5xl015cm_3。P+離子注入?yún)^(qū)鋁離子摻雜濃度為5X1018cm_3，離子注入深度為0.5 μ m。二次N_外延層的厚度是5 μ m,氮離子摻雜濃度為SxlO1W0溝槽的深度為4.5 μ m。
[0039]實(shí)施例三:
[0040]參照圖1a和圖3，本發(fā)明中具有深溝槽的浮動(dòng)結(jié)碳化硅SBD器件的結(jié)構(gòu)如下:
[0041]N+襯底是N型SiC襯底片。一次f外延層位于N+襯底之上。P+離子注入?yún)^(qū)位于一次N—外延層表面。二次N—外延層位于一次N—外延層上。金屬和S12隔離介質(zhì)位于二次f外延層上方。金屬和S12隔離介質(zhì)相鄰,且金屬與和S12隔離介質(zhì)有上下相重合之處。溝槽位于金屬下方，外延層的表面。P+離子注入?yún)^(qū)處于深溝槽的拐角處下方，且P+離子注入?yún)^(qū)區(qū)域?qū)喜酃战菂^(qū)域完全覆蓋。
[0042]N—外延層的厚度為17μπι，氮離子摻雜濃度為lxl015cm_3。P+離子注入?yún)^(qū)鋁離子摻雜濃度為lxl019cm_3，離子注入深度為0.4μπι。二次Ν_外延層的厚度是3 μ m，氮離子摻雜濃度為lX1015cm_3。溝槽的深度為1.5μπι。
[0043]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，對發(fā)明而言僅僅是說明性的，而非限制性的。本專業(yè)技術(shù)人員理解，在發(fā)明權(quán)利要求所限定的精神和范圍內(nèi)可對其進(jìn)行許多改變，修改，甚至等效，但都將落入本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種具有深溝槽的浮動(dòng)結(jié)碳化硅SBD器件，其特征在于，其包括金屬、S12隔離介質(zhì)、溝槽、一次N—外延層、P+離子注入?yún)^(qū)、二次N—外延層、N+襯底區(qū)、歐姆接觸區(qū)，其中， 所述P+離子注入?yún)^(qū)處于深溝槽的拐角處下方； 所述溝槽為深溝槽，溝槽的深度為1.5?8 μ m。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有深溝槽的浮動(dòng)結(jié)碳化硅SBD器件，其特征在于，所述N—外延層最上端到底面的厚度為20 μ m，其中氮離子摻雜濃度為I X 115CnT3?I X 1016cm_3，一次N—外延層的厚度為12?17μπι。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的具有深溝槽的浮動(dòng)結(jié)碳化硅SBD器件，其特征在于，所述P.離子注入?yún)^(qū)的摻雜濃度為5 X 118CnT3?I X 1019cnT3，厚度為0.4?0.6 μ m。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的具有深溝槽的浮動(dòng)結(jié)碳化硅SBD器件，其特征在于，P+離子注入?yún)^(qū)處于深溝槽的拐角處下方，P+離子注入?yún)^(qū)距溝槽O?1.5 μ m。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的具有深溝槽的浮動(dòng)結(jié)碳化硅SBD器件，其特征在于，所述P+離子注入?yún)^(qū)區(qū)域?qū)喜酃战菂^(qū)域完全覆蓋。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的具有深溝槽的浮動(dòng)結(jié)碳化硅SBD器件，其特征在于，溝槽的形狀為實(shí)心形狀的溝槽，溝槽拐角處下方的浮動(dòng)結(jié)為相應(yīng)的環(huán)形。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的具有深溝槽的浮動(dòng)結(jié)碳化硅SBD器件，其特征在于，所述二次N_外延層位于一次N_外延層上方，厚度是3?8 μ m，氮離子摻雜濃度為lxl015Cm_3?lX1016cm_3，一次N_外延層和二次N_外延層的總厚度為20 μ m。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的具有深溝槽的浮動(dòng)結(jié)碳化硅SBD器件，其特征在于，所述N+襯底是N型SiC襯底片；一次N_外延層位于N+襯底之上。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的具有深溝槽的浮動(dòng)結(jié)碳化硅SBD器件，其特征在于，所述金屬和S12隔離介質(zhì)位于二次f外延層上方。
【文檔編號】H01L29/06GK104037236SQ201410166378
【公開日】2014年9月10日 申請日期:2014年4月21日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月21日
【發(fā)明者】楊帥, 宋慶文, 湯曉燕, 張藝蒙, 賈仁需, 張玉明, 王悅湖 申請人:西安電子科技大學(xué)