本發(fā)明涉及半導(dǎo)體功率器件，尤其涉及一種帶有n型薄層的改善開關(guān)特性的碳化硅浮動(dòng)結(jié)結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)：

1、近年來節(jié)能減排和低碳發(fā)展成為主流的發(fā)展模式。半導(dǎo)體功率器件是能量生成-儲(chǔ)存-分配循環(huán)中的重要環(huán)節(jié)，對(duì)于節(jié)能減排和低碳發(fā)展至關(guān)重要。提高半導(dǎo)體功率器件的性能成為一種可行的提高能源轉(zhuǎn)換效率方法。其中，碳化硅功率半導(dǎo)體器件因?yàn)槠涓邏鹤钄嗄芰?、高頻開關(guān)特性、高溫可工作的特點(diǎn)，有望成為下一代主流大功率器件，得到了研究人員的廣泛青睞。目前已經(jīng)出現(xiàn)了商用碳化硅器件，這些商用碳化硅器件是替代硅功率器件的理想選擇。但是由于碳化硅材料性質(zhì)的原因，依然有部分成熟的硅功率器件無法使用碳化硅材料制備進(jìn)行商用。為了使硅功率器件使用碳化硅材料制備進(jìn)行商用，需要將浮動(dòng)結(jié)技術(shù)與碳化硅的結(jié)合，能夠發(fā)揮各自的優(yōu)勢(shì)，打破碳化硅單極器件的一維極限。

2、目前，打破碳化硅一維極限的功率器件，通常使用的是碳化硅浮動(dòng)結(jié)結(jié)勢(shì)壘肖特基(junction?barrier?schottky?diode，jbs)二極管。然而，由于碳化硅浮動(dòng)結(jié)jbs二極管的浮動(dòng)結(jié)在反向耐壓下向漂移區(qū)大大展寬，當(dāng)偏置電壓從反向轉(zhuǎn)為正向時(shí)，反向偏置下展寬的浮動(dòng)結(jié)耗盡區(qū)由于寬度較大，少子難以被快速抽離耗盡，碳化硅浮動(dòng)結(jié)jbs二極管的開關(guān)特性受到很大影響，使得關(guān)斷后再開啟時(shí)的開啟速度較低。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明實(shí)施例的目的是提供一種帶有n型薄層的改善開關(guān)特性的碳化硅浮動(dòng)結(jié)結(jié)構(gòu)，解決關(guān)斷后再開啟時(shí)的開啟速度較低的問題。

2、為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明實(shí)施例提供如下技術(shù)方案：

3、本發(fā)明第一方面提供一種帶有n型薄層的改善開關(guān)特性的碳化硅浮動(dòng)結(jié)結(jié)構(gòu)，包括：

4、n型襯底；

5、n型漂移區(qū)，形成于n型襯底上；

6、多個(gè)p型浮動(dòng)結(jié)，形成于n型漂移區(qū)內(nèi)部并間隔排布；

7、多個(gè)n型薄層，形成于多個(gè)p型浮動(dòng)結(jié)之間和兩側(cè)，以使多個(gè)n型薄層與多個(gè)p型浮動(dòng)結(jié)相接觸連接，且多個(gè)n型薄層的上表面與多個(gè)p型浮動(dòng)結(jié)的上表面處于同一水平面，多個(gè)n型薄層的厚度小于多個(gè)p型浮動(dòng)結(jié)的厚度；

8、多個(gè)p型摻雜區(qū)，形成于n型漂移區(qū)內(nèi)部并間隔排布，且多個(gè)p型摻雜區(qū)與多個(gè)p型浮動(dòng)結(jié)上下設(shè)置，多個(gè)p型摻雜區(qū)的上表面與n型漂移區(qū)的上表面處于同一水平面；

9、歐姆接觸金屬，形成于n型襯底的下表面；

10、肖特基接觸金屬，形成于n型漂移區(qū)和多個(gè)p型摻雜區(qū)上。

11、在本發(fā)明第一方面的一些變更實(shí)施方式中，多個(gè)p型浮動(dòng)結(jié)的數(shù)量為2個(gè)，多個(gè)p型浮動(dòng)結(jié)包括第一p型浮動(dòng)結(jié)和第二p型浮動(dòng)結(jié)，第一p型浮動(dòng)結(jié)的厚度和第二p型浮動(dòng)結(jié)的厚度相同，多個(gè)n型薄層的數(shù)量為3個(gè)，多個(gè)n型薄層包括第一n型薄層、第二n型薄層和第三n型薄層，第一n型薄層的厚度、第二n型薄層的厚度和第三n型薄層的厚度相同。

12、在本發(fā)明第一方面的一些變更實(shí)施方式中，在n型漂移區(qū)內(nèi)部從左到右依次相鄰設(shè)置有第一n型薄層、第一p型浮動(dòng)結(jié)、第二n型薄層、第二p型浮動(dòng)結(jié)和第三n型薄層，且第一n型薄層設(shè)置在n型漂移區(qū)內(nèi)部的一側(cè)，第三n型薄層設(shè)置在n型漂移區(qū)內(nèi)部的另一側(cè)。

13、在本發(fā)明第一方面的一些變更實(shí)施方式中，第一n型薄層的上表面、第一p型浮動(dòng)結(jié)的上表面、第二n型薄層的上表面、第二p型浮動(dòng)結(jié)的上表面和第三n型薄層的上表面均處于同一水平面，第一n型薄層的厚度、第二n型薄層的厚度和第三n型薄層的厚度均小于第一p型浮動(dòng)結(jié)的厚度。

14、在本發(fā)明第一方面的一些變更實(shí)施方式中，多個(gè)p型摻雜區(qū)的數(shù)量為2個(gè)，多個(gè)p型摻雜區(qū)包括第一p型摻雜區(qū)和第二p型摻雜區(qū)，第一p型摻雜區(qū)的厚度和第二p型摻雜區(qū)的厚度相同。

15、在本發(fā)明第一方面的一些變更實(shí)施方式中，多個(gè)n型薄層的注入離子為n，注入能量范圍為10kev-1000kev，摻雜濃度范圍為5e16-5e17cm-3。

16、在本發(fā)明第一方面的一些變更實(shí)施方式中，多個(gè)p型浮動(dòng)結(jié)的注入離子為al，多個(gè)p型摻雜區(qū)的注入離子為al。

17、在本發(fā)明第一方面的一些變更實(shí)施方式中，n型襯底的材料為碳化硅。

18、本發(fā)明第二方面提供一種帶有n型薄層的改善開關(guān)特性的碳化硅浮動(dòng)結(jié)結(jié)構(gòu)的制備方法，包括：

19、選取n型襯底，n型襯底的材料為碳化硅；

20、在n型襯底的表面，生長(zhǎng)第一n型漂移區(qū)；

21、在第一n型漂移區(qū)表面進(jìn)行離子注入，形成多個(gè)p型浮動(dòng)結(jié)，以使多個(gè)p型浮動(dòng)結(jié)間隔排布；

22、在具有多個(gè)p型浮動(dòng)結(jié)的第一n型漂移區(qū)的表面進(jìn)行離子注入，形成多個(gè)n型薄層，以使多個(gè)n型薄層與多個(gè)p型浮動(dòng)結(jié)相接觸連接，且多個(gè)n型薄層的厚度小于多個(gè)p型浮動(dòng)結(jié)的厚度；

23、在多個(gè)p型浮動(dòng)結(jié)和多個(gè)n型薄層的表面，生長(zhǎng)第二n型漂移區(qū)；

24、在第二n型漂移區(qū)表面進(jìn)行離子注入，形成多個(gè)p型摻雜區(qū)，以使多個(gè)p型摻雜區(qū)間隔排布；

25、采用磁控濺射或電子束蒸發(fā)，在n型襯底的底部淀積ni金屬，并進(jìn)行快速熱退火形成歐姆接觸金屬；

26、在第二n型漂移區(qū)表面和多個(gè)p型摻雜區(qū)表面沉積金屬，并通過鈍化介質(zhì)、進(jìn)行圖形化和選擇刻蝕，得到肖特基接觸金屬。

27、在本發(fā)明第二方面的一些變更實(shí)施方式中，多個(gè)n型薄層的注入離子為n，注入能量范圍10kev-1000kev，摻雜濃度范圍為5e16-5e17cm-3。

28、相較于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明提供的一種帶有n型薄層的改善開關(guān)特性的碳化硅浮動(dòng)結(jié)結(jié)構(gòu)包括n型襯底；n型漂移區(qū)，形成于n型襯底上；多個(gè)p型浮動(dòng)結(jié)，形成于n型漂移區(qū)內(nèi)部并間隔排布；多個(gè)n型薄層，形成于多個(gè)p型浮動(dòng)結(jié)之間和兩側(cè)，以使多個(gè)n型薄層與多個(gè)p型浮動(dòng)結(jié)相接觸連接，且多個(gè)n型薄層的上表面與多個(gè)p型浮動(dòng)結(jié)的上表面處于同一水平面，多個(gè)n型薄層的厚度小于多個(gè)p型浮動(dòng)結(jié)的厚度；多個(gè)p型摻雜區(qū)，形成于n型漂移區(qū)內(nèi)部并間隔排布，且多個(gè)p型摻雜區(qū)與多個(gè)p型浮動(dòng)結(jié)上下設(shè)置，多個(gè)p型摻雜區(qū)的上表面與n型漂移區(qū)的上表面處于同一水平面；歐姆接觸金屬，形成于n型襯底的下表面；肖特基接觸金屬，形成于n型漂移區(qū)和多個(gè)p型摻雜區(qū)上。這樣，在多個(gè)浮動(dòng)結(jié)處加入多個(gè)n型薄層，多個(gè)n型薄層引入了更多的n型載流子，有效改善了反偏時(shí)多個(gè)浮動(dòng)結(jié)間隔處的勢(shì)壘展寬效應(yīng)，在正偏時(shí)加速了勢(shì)壘的消失，不產(chǎn)生過充電壓，使得關(guān)斷后再開啟時(shí)的開啟速度較高。

技術(shù)特征：

1.一種帶有n型薄層的改善開關(guān)特性的碳化硅浮動(dòng)結(jié)結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述帶有n型薄層的改善開關(guān)特性的碳化硅浮動(dòng)結(jié)結(jié)構(gòu)包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶有n型薄層的改善開關(guān)特性的碳化硅浮動(dòng)結(jié)結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述多個(gè)p型浮動(dòng)結(jié)的數(shù)量為2個(gè)，所述多個(gè)p型浮動(dòng)結(jié)包括第一p型浮動(dòng)結(jié)和第二p型浮動(dòng)結(jié)，所述第一p型浮動(dòng)結(jié)的厚度和所述第二p型浮動(dòng)結(jié)的厚度相同，所述多個(gè)n型薄層的數(shù)量為3個(gè)，所述多個(gè)n型薄層包括第一n型薄層、第二n型薄層和第三n型薄層，所述第一n型薄層的厚度、所述第二n型薄層的厚度和所述第三n型薄層的厚度相同。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的帶有n型薄層的改善開關(guān)特性的碳化硅浮動(dòng)結(jié)結(jié)構(gòu)，其特征在于，在所述n型漂移區(qū)內(nèi)部從左到右依次相鄰設(shè)置有所述第一n型薄層、所述第一p型浮動(dòng)結(jié)、所述第二n型薄層、所述第二p型浮動(dòng)結(jié)和所述第三n型薄層，且所述第一n型薄層設(shè)置在所述n型漂移區(qū)內(nèi)部的一側(cè)，所述第三n型薄層設(shè)置在所述n型漂移區(qū)內(nèi)部的另一側(cè)。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的帶有n型薄層的改善開關(guān)特性的碳化硅浮動(dòng)結(jié)結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述第一n型薄層的上表面、所述第一p型浮動(dòng)結(jié)的上表面、所述第二n型薄層的上表面、所述第二p型浮動(dòng)結(jié)的上表面和所述第三n型薄層的上表面均處于同一水平面，所述第一n型薄層的厚度、所述第二n型薄層的厚度和所述第三n型薄層的厚度均小于所述第一p型浮動(dòng)結(jié)的厚度。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶有n型薄層的改善開關(guān)特性的碳化硅浮動(dòng)結(jié)結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述多個(gè)p型摻雜區(qū)的數(shù)量為2個(gè)，所述多個(gè)p型摻雜區(qū)包括第一p型摻雜區(qū)和第二p型摻雜區(qū)，所述第一p型摻雜區(qū)的厚度和所述第二p型摻雜區(qū)的厚度相同。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶有n型薄層的改善開關(guān)特性的碳化硅浮動(dòng)結(jié)結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述多個(gè)n型薄層的注入離子為n，注入能量范圍為10kev-1000kev，摻雜濃度范圍為5e16-5e17cm-3。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶有n型薄層的改善開關(guān)特性的碳化硅浮動(dòng)結(jié)結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述多個(gè)p型浮動(dòng)結(jié)的注入離子為al，所述多個(gè)p型摻雜區(qū)的注入離子為al。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶有n型薄層的改善開關(guān)特性的碳化硅浮動(dòng)結(jié)結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述n型襯底的材料為碳化硅。

9.一種帶有n型薄層的改善開關(guān)特性的碳化硅浮動(dòng)結(jié)結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于，適用于權(quán)利要求1-8任一項(xiàng)所述的帶有n型薄層的改善開關(guān)特性的碳化硅浮動(dòng)結(jié)結(jié)構(gòu)，包括：

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的帶有n型薄層的改善開關(guān)特性的碳化硅浮動(dòng)結(jié)結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于，所述多個(gè)n型薄層的注入離子為n，注入能量范圍10kev-1000kev，摻雜濃度范圍為5e16-5e17cm-3。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供一種帶有N型薄層的改善開關(guān)特性的碳化硅浮動(dòng)結(jié)結(jié)構(gòu)，涉及半導(dǎo)體功率器件技術(shù)領(lǐng)域。包括：N型襯底；N型漂移區(qū)，形成于N型襯底上；多個(gè)P型浮動(dòng)結(jié)，形成于N型漂移區(qū)內(nèi)部并間隔排布；多個(gè)N型薄層，形成于多個(gè)P型浮動(dòng)結(jié)之間和兩側(cè)，使多個(gè)N型薄層與多個(gè)P型浮動(dòng)結(jié)相接觸連接；多個(gè)P型摻雜區(qū)，形成于N型漂移區(qū)內(nèi)部并間隔排布，且多個(gè)P型摻雜區(qū)與多個(gè)P型浮動(dòng)結(jié)上下設(shè)置；歐姆接觸金屬，形成于N型襯底的下表面；肖特基接觸金屬，形成于N型漂移區(qū)和多個(gè)P型摻雜區(qū)上。多個(gè)N型薄層引入了更多的N型載流子，改善了反偏時(shí)浮動(dòng)結(jié)間隔處的勢(shì)壘展寬效應(yīng)，在正偏時(shí)加速了勢(shì)壘的消失，不產(chǎn)生過充電壓，使關(guān)斷后再開啟時(shí)的開啟速度較高。

技術(shù)研發(fā)人員：袁昊,孫悅,宋慶文,湯曉燕,李靖域,劉科宇
受保護(hù)的技術(shù)使用者：西安電子科技大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/9