本申請涉及碳化硅功率器件，尤其涉及一種結(jié)終端擴展結(jié)構(gòu)及其制備方法、功率器件。

背景技術(shù)：

1、特高壓(≥10kv)碳化硅功率器件在智能電網(wǎng)以及高壓直流傳輸系統(tǒng)中展現(xiàn)出極大的應用潛能。擊穿電壓是特高壓器件的核心指標。由于結(jié)曲率效應的影響，高電場往往出現(xiàn)在功率器件主結(jié)的邊緣，導致器件的實際擊穿電壓遠低于理論值。

2、基于此，如何緩解器件的主結(jié)邊緣的電場集中效應，且使電場盡可能均勻分布以提高器件的擊穿電壓，成為領(lǐng)域內(nèi)亟待解決的問題。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本申請?zhí)岢鲆环N結(jié)終端擴展結(jié)構(gòu)及其制備方法、功率器件，旨在提高器件的擊穿電壓。

2、為達到上述目的，本申請的實施例提供了如下技術(shù)方案：

3、第一方面，本申請的實施例提供了一種結(jié)終端擴展結(jié)構(gòu)，該結(jié)終端擴展結(jié)構(gòu)包括碳化硅外延漂移層、主結(jié)及多個結(jié)終端擴展區(qū)，主結(jié)及多個結(jié)終端擴展區(qū)設(shè)置于碳化硅外延漂移層上，碳化硅外延漂移層包括遠離多個結(jié)終端擴展區(qū)一側(cè)的第一表面，在與第一表面平行的參考面上，多個結(jié)終端擴展區(qū)依次圍繞在主結(jié)的外側(cè)。結(jié)終端擴展區(qū)包括遠離碳化硅外延漂移層一側(cè)的第二表面，沿從內(nèi)向外的方向，多個結(jié)終端擴展區(qū)的第二表面相較于第一表面的高度依次減小。每個結(jié)終端擴展區(qū)均包括一個浮空區(qū)及多個輔助環(huán)，在參考面上，多個輔助環(huán)依次圍繞在浮空區(qū)的外側(cè)。

4、本申請的上述實施例所提供的結(jié)終端擴展結(jié)構(gòu)，在碳化硅外延漂移層上設(shè)置多個結(jié)終端擴展區(qū)，多個結(jié)終端擴展區(qū)形成多級臺階的形貌，且多個結(jié)終端擴展區(qū)均具有空間調(diào)制型結(jié)構(gòu)，使結(jié)終端擴展結(jié)構(gòu)中的電場分布均勻，有效緩解了終端區(qū)域的電場集中現(xiàn)象，有利于提高搭載該結(jié)終端擴展結(jié)構(gòu)的器件的擊穿電壓以及功率密度。

5、并且，上述結(jié)終端擴展結(jié)構(gòu)在參考面上的面積較小，其具有較小的終端面積占比，有利于降低器件的尺寸和成本。

6、在一些實施例中，結(jié)終端擴展區(qū)還包括靠近碳化硅外延漂移層一側(cè)的第三表面，多個結(jié)終端擴展區(qū)的第三表面齊平。浮空區(qū)和所述輔助環(huán)包括摻雜元素，浮空區(qū)和輔助環(huán)分別與碳化硅外延漂移層形成pn結(jié)。多個結(jié)終端擴展區(qū)內(nèi)，浮空區(qū)和輔助環(huán)中摻雜元素的濃度深度分布相同、結(jié)深相同，且均小于主結(jié)中摻雜元素的濃度深度分布、結(jié)深。

7、在一些實施例中，至少有兩個結(jié)終端擴展區(qū)內(nèi)，浮空區(qū)的寬度相同。沿從內(nèi)向外的方向，結(jié)終端擴展區(qū)依次包括浮空區(qū)、第1個輔助環(huán)～第n個輔助環(huán)，至少有兩個結(jié)終端擴展區(qū)內(nèi)，第i個輔助環(huán)的寬度相同，1≤i≤n，n≥5，i和n均為自然數(shù)。至少有兩個結(jié)終端擴展區(qū)內(nèi)，第j個輔助環(huán)與第j+1個輔助環(huán)的間距相同，1≤j≤n-1，j為自然數(shù)。

8、在一些實施例中，在參考面上，多個結(jié)終端擴展區(qū)等間距排布。

9、在一些實施例中，任意相鄰的兩個結(jié)終端擴展區(qū)的第二表面的高度差相等。

10、在一些實施例中，結(jié)終端擴展區(qū)內(nèi)，浮空區(qū)的寬度小于或等于多個輔助環(huán)的寬度與間距的總和。

11、在一些實施例中，結(jié)終端擴展區(qū)包括至少五個輔助環(huán)，沿從內(nèi)向外的方向，同一結(jié)終端擴展區(qū)的輔助環(huán)的寬度依次遞減，相鄰的兩個輔助環(huán)的間距依次增大。

12、在一些實施例中，沿從內(nèi)向外的方向，結(jié)終端擴展區(qū)依次包括浮空區(qū)、第1個輔助環(huán)～第n個輔助環(huán)，n≥5，且n為自然數(shù)。設(shè)第i個輔助環(huán)與第i-1個輔助環(huán)的間距為si，第1個輔助環(huán)與浮空區(qū)的間距為s1，輔助環(huán)的間距的增量為s，則si＝s1+(i-1)×s，其中，1＜i≤n，且i為自然數(shù)。設(shè)第i個輔助環(huán)的寬度為wi，第1個輔助環(huán)的寬度為w1，輔助環(huán)的寬度的增量為w，則wi＝w1-(i-1)×w。

13、第二方面，本申請的實施例提供了一種結(jié)終端擴展結(jié)構(gòu)的制備方法，該制備方法包括：在碳化硅外延漂移層上形成主結(jié)。

14、將一次光刻工藝與一次離子注入工藝相結(jié)合，在碳化硅外延漂移層上同時形成n個結(jié)終端擴展區(qū)，其中，n≥3，且n為自然數(shù)，碳化硅外延漂移層包括遠離多個結(jié)終端擴展區(qū)一側(cè)的第一表面，在與第一表面平行的參考面上，n個結(jié)終端擴展區(qū)依次圍繞在主結(jié)的外側(cè)，結(jié)終端擴展區(qū)包括遠離碳化硅外延漂移層一側(cè)的第二表面，結(jié)終端擴展區(qū)包括浮空區(qū)及多個輔助環(huán)，在參考面上，多個輔助環(huán)依次圍繞在浮空區(qū)的外側(cè)。

15、結(jié)合n-1次光刻，對n個結(jié)終端擴展區(qū)的第二表面分別進行n-1次刻蝕，沿從內(nèi)向外的方向，n個結(jié)終端擴展區(qū)的第二表面相較于第一表面的高度依次減小。

16、本申請的上述制備方法，先在碳化硅外延漂移層上形成主結(jié)，再結(jié)合一次光刻工藝與一次離子注入工藝，在碳化硅外延漂移層上同時形成多個結(jié)終端擴展區(qū)，多個結(jié)終端擴展區(qū)依次圍繞在主結(jié)的外側(cè)，且多個結(jié)終端擴展區(qū)中離子注入的深度和有效注入劑量大致是相同的。并且，每個結(jié)終端擴展區(qū)均包括一個浮空區(qū)及多個輔助環(huán)，多個輔助環(huán)依次圍繞在浮空區(qū)的外側(cè)，形成空間調(diào)制型的結(jié)終端擴展區(qū)。目前，為了盡量減少離子注入造成的晶格損傷、提高激活率，通常需要在500℃高溫下采用單片操作的方式實施對碳化硅晶圓的離子注入，所以導致注入成本高昂。而本申請的多個結(jié)終端擴展區(qū)僅采用一次離子注入實現(xiàn)無疑可以明顯降低制造成本。

17、然后，刻蝕多個結(jié)終端擴展區(qū)的上表面，沿從內(nèi)向外的方向，多個結(jié)終端擴展區(qū)的上表面的高度依次減小形成臺階形貌，從而使多個結(jié)終端擴展區(qū)的有效注入劑量呈遞減分布，采用該制備方法形成的階梯刻蝕空間調(diào)制型結(jié)終端擴展結(jié)構(gòu)降低了擊穿電壓對離子注入劑量的敏感性，有利于提高器件的擊穿電壓并拓寬離子注入的工藝窗口，從而提高器件的成品率、功率密度、重復性和一致性。

18、此外，通過上述制備方法得到的結(jié)終端擴展結(jié)構(gòu)具有較小的終端面積占比，其制備成本較低。

19、第三方面，本申請的實施例提供了一種功率器件，該功率器件包括襯底、有源區(qū)以及上述任一實施例中的結(jié)終端擴展結(jié)構(gòu)，有源區(qū)設(shè)置于襯底上，且有源區(qū)包括多個功率器件元胞結(jié)構(gòu)。結(jié)終端擴展結(jié)構(gòu)設(shè)置于襯底上，且位于所述有源區(qū)的外側(cè)。

20、上述功率器件具有與上述一些實施例中提供的結(jié)終端擴展結(jié)構(gòu)相同的結(jié)構(gòu)和有益技術(shù)效果，在此不再贅述。

技術(shù)特征：

1.一種結(jié)終端擴展結(jié)構(gòu)，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的結(jié)終端擴展結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述結(jié)終端擴展區(qū)還包括靠近所述碳化硅外延漂移層一側(cè)的第三表面，所述多個結(jié)終端擴展區(qū)的第三表面齊平；

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的結(jié)終端擴展結(jié)構(gòu)，其特征在于，至少有兩個所述結(jié)終端擴展區(qū)內(nèi)，所述浮空區(qū)的寬度相同；

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的結(jié)終端擴展結(jié)構(gòu)，其特征在于，在所述參考面上，所述多個結(jié)終端擴展區(qū)等間距排布。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的結(jié)終端擴展結(jié)構(gòu)，其特征在于，任意相鄰的兩個結(jié)終端擴展區(qū)的第二表面的高度差相等。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的結(jié)終端擴展結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述結(jié)終端擴展區(qū)內(nèi)，所述浮空區(qū)的寬度小于或等于，所述多個輔助環(huán)的寬度與間距的總和。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的結(jié)終端擴展結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述結(jié)終端擴展區(qū)包括至少五個所述輔助環(huán)；

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的結(jié)終端擴展結(jié)構(gòu)，其特征在于，沿從內(nèi)向外的方向，所述結(jié)終端擴展區(qū)依次包括所述浮空區(qū)、第1個輔助環(huán)～第n個輔助環(huán)，n≥5，且n為自然數(shù)；

9.一種結(jié)終端擴展結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于，包括：

10.一種功率器件，其特征在于，包括：

技術(shù)總結(jié)
本申請?zhí)峁┝艘环N結(jié)終端擴展結(jié)構(gòu)及其制備方法、功率器件，該結(jié)終端擴展結(jié)構(gòu)包括碳化硅外延漂移層、主結(jié)及多個結(jié)終端擴展區(qū)，主結(jié)及多個結(jié)終端擴展區(qū)設(shè)置于碳化硅外延漂移層上，多個結(jié)終端擴展區(qū)依次圍繞在主結(jié)的外側(cè)。結(jié)終端擴展區(qū)包括遠離碳化硅外延漂移層一側(cè)的表面，沿從內(nèi)向外的方向，多個結(jié)終端擴展區(qū)的表面的高度依次減小，多個結(jié)終端擴展區(qū)形成多級臺階的形貌，有效注入劑量呈遞減分布。每個結(jié)終端擴展區(qū)包括浮空區(qū)及多個輔助環(huán)，多個輔助環(huán)依次圍繞在浮空區(qū)的外側(cè)，結(jié)終端擴展區(qū)具有空間調(diào)制型結(jié)構(gòu)，使結(jié)終端擴展結(jié)構(gòu)中的電場分布均勻。上述結(jié)終端擴展結(jié)構(gòu)可應用于功率器件中，緩解終端區(qū)域的電場集中問題，有利于提高器件的擊穿電壓。

技術(shù)研發(fā)人員：岳瑞峰,耿立新,王燕
受保護的技術(shù)使用者：清華大學
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/30