本發(fā)明涉及半導(dǎo)體功率器件領(lǐng)域，具體涉及一種碳化硅結(jié)勢(shì)壘肖特基二極管及其制作方法。

背景技術(shù)：

隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展，人們對(duì)半導(dǎo)體功率器件在其體積，可靠性，耐壓，功耗等方面不斷提出更高的要求。傳統(tǒng)硅器件受限制

于材料本身的特性而言，越來(lái)越接近其理論極限，人們急需探索硅材料之外的新材料。碳化硅具有一系列傳統(tǒng)硅材料所不具備的優(yōu)勢(shì)，如更高的擊穿電場(chǎng)，更高的熱導(dǎo)率，更大的禁帶寬度，使得碳化硅更適合用于高壓功率應(yīng)用。

碳化硅結(jié)勢(shì)壘控制肖特基二極管(JBS)是一種正偏時(shí)利用肖特基結(jié)導(dǎo)通，反偏時(shí)利用PN結(jié)反向阻斷承受電壓的復(fù)合器件。其特點(diǎn)是反偏時(shí)PN結(jié)的空間電荷區(qū)為肖特基二極管承受較高反偏電壓，而正偏時(shí)使其適當(dāng)降低肖特基勢(shì)壘以保持較低正向壓降。該復(fù)合結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)關(guān)鍵是要保證相鄰PN結(jié)的空間電荷區(qū)在反偏壓下能夠很快接通，在陰極和陽(yáng)極之間形成比肖特基勢(shì)壘更高更寬的PN結(jié)勢(shì)壘以屏蔽肖特基接觸，使器件耐壓提高，器件漏電更小。并且，肖特基結(jié)正向偏置時(shí)，PN結(jié)也進(jìn)入正偏狀態(tài)，但肖特基二極管的開(kāi)啟電壓比PN結(jié)低，正向電流將通過(guò)肖特基勢(shì)壘接觸導(dǎo)通，因而正向壓降較低?，F(xiàn)有的碳化硅結(jié)勢(shì)壘肖特基二極管結(jié)構(gòu)如圖1所示，在碳化硅N型漂移區(qū)3上排列著若干P型摻雜的條形區(qū)域4，陽(yáng)極電極5覆蓋在上表面，與碳化硅N型漂移區(qū)3和P型摻雜的條形區(qū)域4接觸，受限于器件面積大小，陽(yáng)極金屬接觸導(dǎo)電的半導(dǎo)體面積較小，正向?qū)〞r(shí)電流較小。且在反向耗盡時(shí)是橫向發(fā)生夾斷，耗盡夾斷的能力不高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

(一)要解決的技術(shù)問(wèn)題

鑒于上述技術(shù)問(wèn)題，為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提出了一種碳化硅結(jié)勢(shì)壘肖特基二極管及其制作方法。

(二)技術(shù)方案

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種碳化硅結(jié)勢(shì)壘肖特基二極管，包括：碳化硅N型襯底；碳化硅N型漂移區(qū)、碳化硅P型層，依次層疊于所述碳化硅N型襯底的上表面上；在所述碳化硅P型層頂部垂直向下開(kāi)設(shè)有多個(gè)凹槽，所述凹槽的深度d滿足d₂＜d＜d₁+d₂，其中d₁為所述碳化硅N型漂移區(qū)的厚度，d₂為所述碳化硅P型層的厚度；P+注入層，設(shè)置于所述多個(gè)凹槽底部；以及陽(yáng)極電極，至少形成于所述多個(gè)凹槽的側(cè)壁上。

根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供一種碳化硅結(jié)勢(shì)壘肖特基二極管的制作方法，包括：在碳化硅N型襯底的上表面上外延生長(zhǎng)厚度為d₁的碳化硅材料，并摻雜N型材料，形成碳化硅N型漂移區(qū)；在碳化硅N型漂移區(qū)上外延生長(zhǎng)厚度為d₂的碳化硅材料，并摻雜P型材料，形成碳化硅P型層；刻蝕高摻雜濃度的碳化硅P型層至低摻雜濃度的碳化硅N型漂移區(qū)中，形成多個(gè)凹槽，所述凹槽的深度d滿足d₂＜d＜d₁+d₂，其中d₁為碳化硅N型漂移區(qū)的厚度為，d₂為碳化硅P型層的厚度；在所述凹槽底部形成P+注入層；以及至少在所述凹槽的側(cè)壁上形成陽(yáng)極電極。

(三)有益效果

從上述技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明具有以下有益效果：

(1)、碳化硅結(jié)勢(shì)壘肖特基二極管設(shè)置凹槽，陽(yáng)極電極至少形成在凹槽內(nèi)側(cè)壁上，增大陽(yáng)極電極接觸半導(dǎo)體的面積，增加正向?qū)娏鳎?/p>

(2)、優(yōu)化凹槽端面寬帶與間距的比，加強(qiáng)縱向耗盡夾斷能力，提高器件可靠性。

附圖說(shuō)明

圖1為現(xiàn)有技術(shù)中的碳化硅結(jié)勢(shì)壘肖特基二極管的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例中的碳化硅結(jié)勢(shì)壘肖特基二極管的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為圖2中的碳化硅結(jié)勢(shì)壘肖特基二極管的凹槽的切面結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本發(fā)明碳化硅結(jié)勢(shì)壘肖特基二極管與現(xiàn)有技術(shù)中的碳化硅結(jié)勢(shì)壘肖特基二極管的電特性圖；

圖5至圖10為圖2中碳化硅結(jié)勢(shì)壘肖特基二極管的各制作步驟后剖面示意圖；

圖11為本發(fā)明實(shí)施例中又一碳化硅結(jié)勢(shì)壘肖特基二極管的剖面示意圖；

圖12為本發(fā)明實(shí)施例中另一碳化硅結(jié)勢(shì)壘肖特基二極管的剖面示意圖。

【主要元件】

1-陰極電極；2-碳化硅N型襯底；3-碳化硅N型漂移區(qū)；

4-碳化硅P型層；5-陽(yáng)極電極；6-凹槽；7-P+注入層。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明某些實(shí)施例于后方將參照所附附圖做更全面性地描述，其中一些但并非全部的實(shí)施例將被示出。實(shí)際上，本發(fā)明的各種實(shí)施例可以許多不同形式實(shí)現(xiàn)，而不應(yīng)被解釋為限于此數(shù)所闡述的實(shí)施例；相對(duì)地，提供這些實(shí)施例使得本發(fā)明滿足適用的法律要求。

為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實(shí)施例，并參照附圖，對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。

本發(fā)明實(shí)施例提供一種碳化硅結(jié)勢(shì)壘肖特基二極管，如圖2和3所示，包括：高摻雜濃度的碳化硅N型襯底2，高摻雜濃度的碳化硅N型襯底2下表面設(shè)置有陰極電極1，高摻雜濃度的碳化硅N型襯底2上表面依次層疊有低摻雜濃度的碳化硅N型漂移區(qū)3、高摻雜濃度的碳化硅P型層4，在高摻雜濃度的碳化硅P型層4頂部垂直向下開(kāi)設(shè)有多個(gè)凹槽6，該些凹槽6穿透高摻雜濃度的碳化硅P型層4，凹槽底部位于低摻雜濃度的碳化硅N型漂移區(qū)3內(nèi)部，多個(gè)凹槽6底部均形成P+注入層7，陽(yáng)極電極5形成于高摻雜濃度的碳化硅P型層4上表面及所述多個(gè)凹槽6的底部和側(cè)壁上。

多個(gè)相同大小的凹槽6均勻排布，凹槽6的深度為d，低摻雜濃度的碳化硅N型漂移區(qū)3的厚度為d₁，高摻雜濃度的碳化硅P型層4的厚度為d₂，d₂＜d＜d₁+d₂。

優(yōu)選地，凹槽6正方形凹槽，相鄰兩凹槽6之間的距離為S，凹槽6垂直斷面的形狀為矩形或者U型，凹槽6底部的斷面寬度為W，其中1/2≤W/S≤1。

本實(shí)施例中，陰極電極1和陽(yáng)極電極5采用的材料為鈦、鎳和鋁中的一種或多種。

本實(shí)施例中，高摻雜濃度的碳化硅N型襯底2還可以選用高摻雜濃度硅N型襯底代替。

本發(fā)明克服了傳統(tǒng)的碳化硅結(jié)勢(shì)壘控制肖特基二極管結(jié)構(gòu)受限于器件面積大小，陽(yáng)極金屬接觸導(dǎo)電的半導(dǎo)體面積較小，正向?qū)〞r(shí)電流較?。槐景l(fā)明結(jié)構(gòu)的碳化硅結(jié)勢(shì)壘控制肖特基二極管通過(guò)在側(cè)壁上形成肖特基接觸，利用側(cè)壁的面積優(yōu)勢(shì)增大電流導(dǎo)通面積，增大導(dǎo)通的電流，節(jié)省芯片面積，如圖4所示，本發(fā)明的碳化硅結(jié)勢(shì)壘控制肖特基二極管的正向電流明顯優(yōu)于傳統(tǒng)的碳化硅結(jié)勢(shì)壘控制肖特基二極管。同時(shí)，傳統(tǒng)的碳化硅結(jié)勢(shì)壘控制肖特基二極管結(jié)構(gòu)在方向耗盡時(shí)是橫向發(fā)生夾斷以屏蔽肖特基接觸。本發(fā)明的碳化硅結(jié)勢(shì)壘控制肖特基二極管不僅橫向上可以發(fā)生耗盡夾斷，縱向也可以發(fā)生耗盡夾斷，進(jìn)一步加強(qiáng)了耗盡夾斷的能力，降低了反偏時(shí)的泄漏電流，提高了反偏時(shí)的器件可靠性。

本發(fā)明實(shí)施例還提供一種制作上述結(jié)勢(shì)壘肖特基二極管的方法，包括以下步驟：

步驟A：在碳化硅N型襯底2上表面形成碳化硅N型漂移區(qū)3；

具體的，如圖5所示，在高摻雜濃度的碳化硅N型襯底2上外延生長(zhǎng)厚度為d₁的碳化硅材料，并摻雜N型材料形成低摻雜濃度的碳化硅N型漂移區(qū)3；

步驟B：在碳化硅N型漂移區(qū)3上形成碳化硅P型層4；

具體的，如圖6所示，在低摻雜濃度的碳化硅N型漂移區(qū)3上外延生長(zhǎng)厚度為d₂的碳化硅材料，并摻雜P型材料形成高摻雜濃度的碳化硅P型層4；

步驟C：形成穿透碳化硅P型層4的凹槽6；

具體的，如圖7所示，刻蝕高摻雜濃度的碳化硅P型層4至低摻雜濃度的碳化硅N型漂移區(qū)3中，形成多個(gè)有一定間距的凹槽6，d₂＜d＜d₁+d₂，其中，凹槽6的深度為d，低摻雜濃度的碳化硅N型漂移區(qū)3的厚度為d₁，高摻雜濃度的碳化硅P型層4的厚度為d₂；

步驟D：在所述凹槽6底部上形成P+注入層7；

具體的，如圖8所示，在步驟C形成的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)表面生長(zhǎng)掩膜層，向凹槽6離子注入P+材料摻雜，形成P+注入層7；

步驟E：如圖9所示，在碳化硅N型襯底2下表面襯淀積金屬，形成陰極電極1。

步驟F：至少在所述凹槽6的側(cè)壁上形成陽(yáng)極電極5。

具體的，如圖10所示，步驟F形成半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)上淀積金屬層，形成陽(yáng)極電極5，覆蓋高摻雜濃度的碳化硅P型層4上表面及所述多個(gè)凹槽6的底部和側(cè)壁。

本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解的是，盡管實(shí)施例中的P+注入層7覆蓋凹槽6的整個(gè)底部，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于此，如圖11所示，當(dāng)凹槽6底部寬度較寬時(shí)，P+注入層7可以僅覆蓋凹槽6底部的一部分。

盡管實(shí)施例中多個(gè)凹槽6的深度相同，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于此，如圖12所示，多個(gè)凹槽6的深度可以不同。

應(yīng)注意，附圖中各部件的形狀和尺寸不反映真實(shí)大小和比例，而僅示意本發(fā)明實(shí)施例的內(nèi)容。

實(shí)施例中提到的方向用語(yǔ)，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，僅是參考附圖的方向，并非用來(lái)限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。并且上述實(shí)施例可基于設(shè)計(jì)及可靠度的考慮，彼此混合搭配使用或與其他實(shí)施例混合搭配使用，即不同實(shí)施例中的技術(shù)特征可以自由組合形成更多的實(shí)施例。

需要說(shuō)明的是，在附圖或說(shuō)明書(shū)正文中，未繪示或描述的實(shí)現(xiàn)方式，均為所屬技術(shù)領(lǐng)域中普通技術(shù)人員所知的形式，并未進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。此外，上述對(duì)各元件和方法的定義并不僅限于實(shí)施例中提到的各種具體結(jié)構(gòu)、形狀或方式，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可對(duì)其進(jìn)行簡(jiǎn)單地更改或替換。

以上所述的具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。