碳化硅(SiC)器件及其制造方法
【專利摘要】在至少一個一般方面，本發(fā)明提供了一種SiC器件及其制造方法，所述SiC器件可包括第一導(dǎo)電類型的漂移區(qū)、屏蔽體和肖特基區(qū)。所述SiC器件可包括至少部分地圍繞所述屏蔽體和所述肖特基區(qū)的具有第二導(dǎo)電類型的邊緣。所述SiC器件可包括至少部分地圍繞所述邊緣并且具有所述第二導(dǎo)電類型的摻雜的終端區(qū)。所述終端區(qū)可具有設(shè)置在第一區(qū)帶和第二區(qū)帶之間的過渡區(qū)帶，其中所述第一區(qū)帶的頂表面的深度小于所述第二區(qū)帶的頂表面的深度，并且所述過渡區(qū)帶具有凹陷部。
【專利說明】碳化硅(Si C)器件及其制造方法
[0001 ] 相關(guān)專利申請
[0002] 本申請要求2015年3月27日提交的美國臨時專利申請62/139,368"抗雪崩碳化硅 (SiC)功率肖特基整流器"的優(yōu)先權(quán)和權(quán)益，該專利申請全文以引用方式并入本文。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003] 本說明書涉及碳化硅(SiC)肖特基勢皇功率整流器。
【背景技術(shù)】
[0004] 在高壓碳化硅（SiC)肖特基勢皇功率整流器中，處于雪崩情況下的終端區(qū)中會發(fā) 生過量電流。已知的解決方案尚不足以解決在S i C肖特基勢皇功率整流器中廣泛存在的這 些及其他問題。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005] 在至少一個一般方面，SiC器件可包括第一導(dǎo)電類型的漂移區(qū)、屏蔽體和肖特基 區(qū)。SiC器件可包括至少部分地圍繞屏蔽體和肖特基區(qū)的具有第二導(dǎo)電類型的邊緣。SiC器 件可包括至少部分地圍繞所述邊緣并且具有第二導(dǎo)電類型的摻雜的終端區(qū)。終端區(qū)可具有 設(shè)置在第一區(qū)帶和第二區(qū)帶之間的過渡區(qū)帶，其中第一區(qū)帶的頂表面的深度小于第二區(qū)帶 的頂表面的深度，并且過渡區(qū)帶具有凹陷部。
[0006] 在另一個一般方面，碳化硅(SiC)器件可包括第一導(dǎo)電類型的漂移區(qū)以及與多個 肖特基區(qū)交錯的多個屏蔽體的陣列。SiC器件可包括至少部分地圍繞該陣列的具有第二導(dǎo) 電類型的邊緣，以及至少部分地圍繞該邊緣的終端區(qū)。終端區(qū)可具有第一區(qū)帶，該第一區(qū)帶 具有第一厚度的摻雜區(qū)，并且終端區(qū)可具有第二區(qū)帶，該第二區(qū)帶具有第二厚度的摻雜區(qū)。
[0007] 在又一個一般方面，一種制造碳化娃(SiC)器件的方法可包括:形成第一導(dǎo)電類型 的漂移區(qū)；形成屏蔽體；以及形成肖特基區(qū)。該方法可包括:形成至少部分地包圍屏蔽體和 肖特基區(qū)的具有第二導(dǎo)電類型的邊緣；以及形成至少部分地包圍邊緣并具有第二導(dǎo)電類型 的摻雜的終端區(qū)。所述終端區(qū)可具有設(shè)置在第一區(qū)帶和第二區(qū)帶之間的過渡區(qū)帶，其中所 述第一區(qū)帶的頂表面的深度小于所述第二區(qū)帶的頂表面的深度。所述過渡區(qū)帶具有凹陷 部。
【附圖說明】
[0008] 圖1是示出高壓碳化硅(SiC)器件的側(cè)剖視圖的示意圖。
[0009] 圖2是SiC器件的示例性具體實施的頂層示意圖。
[0010] 圖3是示出SiC器件的一部分的示意圖，該器件由間隔的屏蔽體提供靜電屏蔽。
[0011] 圖4是示出電場屏蔽系數(shù)與溝道(諸如圖3所示)縱橫比的相關(guān)性的曲線圖。
[0012] 圖5是示出結(jié)終端(JT)區(qū)的構(gòu)造的示意圖。
[0013] 圖6是示出在JT區(qū)外邊緣處的擊穿的發(fā)射圖像。
[0014]圖7A示出由于JT區(qū)外邊緣處的擊穿而引起的發(fā)射。
[0015] 圖7B示出電容-電壓特性圖。
[0016]圖8A和圖8B示出具有一個或多個過渡區(qū)帶的3區(qū)帶JT區(qū)的構(gòu)造。
[0017] 圖9是示出具有豎直側(cè)壁的屏蔽體的單元的示意圖。
[0018] 圖10是示出具有傾斜側(cè)壁的屏蔽體的單元的示意圖。
[0019] 圖11A和圖11B是示出生產(chǎn)屏蔽體單元的工藝的示意圖，其中屏蔽體的豎直側(cè)壁通 過傾斜注入物摻雜。
[0020] 圖12A和圖12B分別是根據(jù)實施例的SBD整流器的基本正向特征和阻斷特性示意 圖。
[0021] 圖13示出通過快速瞬變系統(tǒng)獲得的電流與電壓跡線的代表性集合。
[0022] 圖14是示出根據(jù)實施例的器件的失效模式在非箝位感應(yīng)開關(guān)(UIS)測試中的示意 圖。
[0023] 圖15示出正向電壓降與雪崩電流之間關(guān)系的曲線圖。
[0024] 圖16是示出制造碳化硅(SiC)器件的方法的流程圖。
【具體實施方式】
[0025] 在一些具體實施中，高壓碳化硅(SiC)肖特基勢皇功率整流器可具有第一導(dǎo)電類 型的漂移區(qū)、由第二導(dǎo)電類型的一個或多個屏蔽體(例如P體)組成并且被第二導(dǎo)電類型的 邊緣(例如陽極邊緣)圍繞的陣列（例如線性陣列）、以及圍繞邊緣的第二導(dǎo)電類型的終端區(qū) (例如結(jié)終端區(qū)）。一個或多個屏蔽體可在溝槽中形成，或者可被溝槽限定。溝槽內(nèi)的摻雜區(qū) (例如注入(或結(jié)））深度可限定接觸區(qū)域的至少一部分，該深度可為溝槽深度的至少三分之 一。一個或多個屏蔽體內(nèi)的摻雜區(qū)（可稱為屏蔽體摻雜區(qū)）可為第二導(dǎo)電類型。終端區(qū)可具 有多個區(qū)帶，包括第一區(qū)帶(例如內(nèi)區(qū)帶）、第二區(qū)帶(例如外區(qū)帶）、和設(shè)置在第一區(qū)帶和第 二區(qū)帶之間的過渡區(qū)帶。終端區(qū)可具有第二導(dǎo)電類型的摻雜區(qū)，而且可具有外周邊(例如第 二區(qū)帶），該外周邊被部分地移除(例如蝕刻、打磨、轟擊）以部分地移除受主電荷。在一些具 體實施中，過渡區(qū)帶(可稱為電荷過渡區(qū)帶)可被包括在臺階(例如蝕刻臺階）附近。過渡區(qū) 帶第一側(cè)上的區(qū)域(例如第一區(qū)帶)可為具有相對較高電荷的區(qū)帶，過渡區(qū)帶第二側(cè)上的區(qū) 域(例如第二區(qū)帶)可具有相對較低的電荷。在一些具體實施中，可形成金屬觸點以至少部 分地或完全與一個或多個屏蔽體陣列重疊，以及/或者形成對第一導(dǎo)電類型的SiC的肖特基 勢皇，該肖特基勢皇相鄰于所述一個或多個屏蔽體并且與所述一個或多個屏蔽體隧道接 觸。在一些具體實施中，該整流器可具有雪崩穩(wěn)健性。雖然本文所述的一些例子指定了具體 的導(dǎo)電類型(例如P型導(dǎo)電、η型導(dǎo)電），但在一些具體實施中，導(dǎo)電類型可以反轉(zhuǎn)。
[0026] 高壓碳化硅(SiC)器件100的一個具體例子在圖1所示的側(cè)剖視圖中示出。SiC器件 100可為高壓器件。SiC器件100可被稱為高壓SiC肖特基勢皇功率整流器。
[0027] 在圖1中，SiC器件100可具有漂移區(qū)130(例如η型漂移區(qū)）、屏蔽體192(例如p型屏 蔽體的線性陣列）、邊緣194(例如被ρ型邊緣圍繞）、以及終端區(qū)196(例如至少部分地或完全 圍繞邊緣194的ρ型終端區(qū)）。屏蔽體192可在溝槽中形成。每一個屏蔽體192包括屏蔽體摻雜 區(qū)193。邊緣194可具有邊緣摻雜區(qū)195。同樣如圖1所示，SiC器件100具有襯底140(例如SiC 襯底)和背面金屬150。
[0028] 終端區(qū)196(例如結(jié)終端區(qū)）至少部分地由摻雜區(qū)197限定。終端區(qū)196具有多個區(qū) 帶:第一區(qū)帶、過渡區(qū)帶、以及第二區(qū)帶。過渡區(qū)帶被設(shè)置在第一區(qū)帶和第二區(qū)帶之間。第二 區(qū)帶可限定終端區(qū)196的外周邊。如圖1所示，終端區(qū)196。
[0029] 如圖1所示，終端區(qū)196的第二區(qū)帶可具有至少部分地移除（例如蝕刻）掉的外周 邊，使得部分地移除第二區(qū)帶中受主電荷的至少一部分。因此，第二區(qū)帶的頂表面(例如全 部頂表面，由平面A2示出）低于第一區(qū)帶的頂表面(例如全部頂表面）。過渡區(qū)帶至少包括臺 面168和凹陷部167。
[0030] 在該具體實施中，臺面168具有與第一區(qū)帶的頂表面(在平面A1)處于相同高度(或 垂直層級或深度）的頂表面。在一些具體實施中，臺面168的頂表面可處于與第一區(qū)帶的頂 表面不同的高度(或垂直層級或深度）（例如更小的高度、更大的高度）。
[0031] 在該具體實施中，凹陷部167具有與第二區(qū)帶的頂表面(在平面A2)處于相同深度 (或垂直層級或深度)的頂表面。在一些具體實施中，凹陷部167的頂表面可處于與第二區(qū)帶 的頂表面不同的高度(或垂直層級或深度）（例如更小的深度、更大的深度）。
[0032] 過渡區(qū)帶(例如電荷過渡區(qū)帶）可具有被（凹陷部167的）蝕刻臺階限定(或可在該 蝕刻臺階附近)的邊界(例如左邊界）。過渡區(qū)帶(例如電荷過渡區(qū)帶)可具有被臺面168的邊 緣限定（或可在該邊緣附近）的邊界（例如右邊界）。第一區(qū)帶可為具有相對較高電荷的區(qū) 帶，第二區(qū)帶可為具有相對較低電荷的區(qū)帶。
[0033] 這些區(qū)帶(例如第一區(qū)帶、過渡區(qū)帶、第二區(qū)帶)可具有不同的深度或凹陷的（例如 移除的、蝕刻的）區(qū)165(可為蝕刻環(huán)），以使得這些區(qū)帶具有不同的凈電荷。第一區(qū)帶可具有 大于過渡區(qū)帶凈電荷的凈電荷。過渡區(qū)帶可具有大于第二區(qū)帶凈電荷的凈電荷。具體地講， 摻雜區(qū)197與這些區(qū)帶相關(guān)的各部分的厚度可各不相同，以使得與各區(qū)帶相關(guān)的凈電荷各 不相同。終端區(qū)196中可以包括比圖1所示更多的凹陷的（例如移除的、蝕刻的）區(qū)（和/或蝕 刻區(qū)深度或?qū)蛹墸?br>[0034] 終端區(qū)196的第一區(qū)帶、過渡區(qū)帶和第二區(qū)帶的摻雜區(qū)197可各自具有處于平面A3 的相同深度。與這些區(qū)帶中的每一個相關(guān)的摻雜區(qū)可被稱為摻雜區(qū)197部分，或可被單獨地 稱為這些區(qū)帶的摻雜區(qū)（或區(qū)域）。即使摻雜區(qū)197與第一區(qū)帶相關(guān)的部分的深度與過渡區(qū) 帶和第二區(qū)帶的摻雜區(qū)197部分的深度相同，摻雜區(qū)197與所述區(qū)帶相關(guān)的部分的厚度(或 平均厚度)也各不相同（基于移除的（例如蝕刻的）部分）。這些差異導(dǎo)致如上所述的不同凈 電荷。
[0035] 在該具體實施中，第一區(qū)帶的摻雜區(qū)197部分的平均厚度大于過渡區(qū)帶的摻雜區(qū) 197部分的平均厚度。在該具體實施中，過渡區(qū)帶的摻雜區(qū)197部分的平均厚度大于第二區(qū) 帶的摻雜區(qū)197部分的平均厚度。
[0036] 屏蔽體摻雜區(qū)193的注入(或結(jié)）深度可限定接觸區(qū)域的至少一部分，并且可為溝 槽深度(從屏蔽體192之間臺面的頂部到屏蔽體192的溝槽的底部）的至少三分之一。在一些 具體實施中，一個或多個屏蔽體192的屏蔽體摻雜區(qū)193可具有與邊緣194的邊緣摻雜區(qū)195 的厚度(例如厚度B2)相同的厚度(例如厚度B1)。在一些具體實施中，一個或多個屏蔽體192 的屏蔽體摻雜區(qū)193可具有不同于(例如大于、小于)邊緣194的邊緣摻雜區(qū)195的厚度(例如 厚度B2)的厚度(例如厚度B1)。
[0037] 在一些具體實施中，屏蔽體192的屏蔽體摻雜區(qū)193的摻雜濃度可與邊緣194的邊 緣摻雜區(qū)195的摻雜濃度相同。在一些具體實施中，屏蔽體192的屏蔽體摻雜區(qū)193的摻雜濃 度可與邊緣194的邊緣摻雜區(qū)195的摻雜濃度不同。
[0038] 在一些具體實施中，一個或多個屏蔽體192可具有深度與邊緣194的溝槽(例如溝 槽C2)的深度相同的溝槽(例如溝槽C1)。在一些具體實施中，一個或多個屏蔽體192可具有 深度不同于(例如大于、小于)邊緣194的溝槽的深度的溝槽。
[0039] 在一些具體實施中，一個或多個屏蔽體192可具有寬度小于邊緣194的溝槽的寬度 的溝槽。在一些具體實施中，一個或多個屏蔽體192可具有寬度等于或大于邊緣194的溝槽 的寬度的溝槽。
[0040] 在一些具體實施中，一個或多個屏蔽體摻雜區(qū)193可具有與邊緣摻雜區(qū)195的摻雜 濃度相同的摻雜濃度。在一些具體實施中，一個或多個屏蔽體摻雜區(qū)193可具有不同于(例 如大于、小于)邊緣摻雜區(qū)195的摻雜濃度的摻雜濃度。
[0041] 可形成金屬110(金屬觸點或金屬層）以與屏蔽體192(例如p體的陣列）重疊，以及 形成到SiC的肖特基區(qū)115(例如肖特基勢皇），該肖特基區(qū)相鄰于屏蔽體192并且與屏蔽體 192隧道接觸。在該示例性具體實施中，SiC器件100(例如SiC整流器)可具有抵抗雪崩的穩(wěn) 健性。金屬110可設(shè)置在邊緣194的至少一部分的上方（例如形成在所述至少一部分的上 方）。同樣地，如圖1所示，電介質(zhì)120可設(shè)置(例如形成)在邊緣194和終端區(qū)196的至少一部 分的上方。
[0042]圖2是根據(jù)本文所述實施例的SiC器件200(例如SiC肖特基勢皇功率整流器）的示 例性具體實施的頂層示意圖。SiC器件200可為圖1所示SiC器件100的一個具體實施。
[0043] 如圖2所示，SiC器件200具有終端區(qū)296的第一區(qū)帶、過渡區(qū)帶和第二區(qū)帶。終端區(qū) 296被設(shè)置在邊緣294、屏蔽體292和肖特基區(qū)215周圍。金屬210被設(shè)置在屏蔽體292和肖特 基區(qū)215上方。金屬210被設(shè)置在邊緣294的至少一部分的上方。
[0044] 如圖2所示，屏蔽體292是與肖特基區(qū)215平行對齊的平行溝槽。肖特基區(qū)215是與 屏蔽體292交錯的平行區(qū)。
[0045] 再次參見圖1，在一些具體實施中，SiC器件100利用金屬100和漂移區(qū)130之間的肖 特基勢皇（在肖特基區(qū)115)。例如，對于具有η型半導(dǎo)體層的肖特基二極管（例如肖特基區(qū) 115)，金屬層(例如金屬110)充當(dāng)陽極，而η型半導(dǎo)體層(例如漂移區(qū)130)充當(dāng)陰極。SiC器件 100可為肖特基勢皇二極管（SBD)整流器。在一些具體實施中，SBD整流器作為電路元件，可 類似于PN結(jié)二極管整流器，并且與PN結(jié)二極管整流器相比可具有某些優(yōu)點和缺點。肖特基 勢皇的正向電壓降可低于PN結(jié)二極管的正向電壓降。SBD整流器的開關(guān)損耗可通常低于PN 結(jié)二極管的開關(guān)損耗，因為缺少少數(shù)載流子注入。然而，多數(shù)載流子也將增大SBD整流器的 導(dǎo)通狀態(tài)電阻，該導(dǎo)通狀態(tài)電阻是為了由漂移區(qū)電阻引起更高電壓而設(shè)計，該漂移區(qū)是在 反向偏壓下保持電壓的低摻雜η型半導(dǎo)體層。
[0046] SBD整流器的更高阻斷電壓可能需要使用越來越厚而且電阻更高的漂移區(qū)。例如， 六方碳化硅(S i C) SBD整流器利用這種材料的高擊穿電場，該擊穿電場比硅的擊穿電壓大約 高10倍。在一些具體實施中，這可以有助于SiC SBD整流器成為用于具有高工作電壓的功率 轉(zhuǎn)換應(yīng)用的優(yōu)選整流器類型。然而，SiC SBD整流器可能遭遇泄漏電流以及穩(wěn)健性帶來的問 題。與某些SBD整流器不同，在一些情況下，SiC器件100在正向電流浪涌的狀態(tài)下與PN結(jié)二 極管同樣穩(wěn)健，該狀態(tài)可能在實際應(yīng)用中發(fā)生。如果電壓超過擊穿電壓，整流器中可能出現(xiàn) 雪崩電流。如果電抗組件(諸如電感器）中存儲的能量由于例如負載和/或電源處的阻抗突 變而在整流器處耗散，那么在功率轉(zhuǎn)換應(yīng)用中會出現(xiàn)雪崩電流。這種阻抗突變的例子是負 載處的開路或短路狀態(tài)。所產(chǎn)生的整流器雪崩電流可能是一個高的值，與標(biāo)稱額定電流相 當(dāng)。SiC器件100中的平行平面SBD整流器可抗雪崩，而高雪崩電流可能破壞其他此類整流 器。
[0047] 在一些具體實施中，一種用于改善SBD整流器泄漏電流和/或SBD整流器穩(wěn)健性的 技術(shù)是使用例如具有PN結(jié)二極管陣列的設(shè)計，其中PN結(jié)二極管分布在SBD整流器區(qū)域上方。 這種設(shè)計可被稱為混合PN肖特基(MPS)或結(jié)阻斷肖特基(JBS)。該陣列中的PN結(jié)二極管可以 在高正向偏壓的狀態(tài)下提供少數(shù)載流子注入，這可以降低導(dǎo)通狀態(tài)電壓，即使是處于相對 較高的溫度。該陣列中的PN結(jié)二極管還可以減小泄漏電流并改善阻斷電壓。然而，JBS設(shè)計 可能不會完全避免性能和穩(wěn)健性問題。雪崩狀態(tài)下的終端區(qū)可能出現(xiàn)過量電流，這會導(dǎo)致 早期破壞。反復(fù)的雪崩和/或浪涌狀態(tài)可能導(dǎo)致重要參數(shù)(諸如擊穿電壓或?qū)顟B(tài)電壓） 發(fā)生漂移。
[0048]本文所述的功率SBD整流器(例如SiC器件100)可具有η型襯底(例如襯底140)、輕 摻雜漂移區(qū)（例如漂移區(qū)130)、和/或相對靠近頂表面的緊密間隔離子注入ρ型屏蔽體(例如 屏蔽體192)的線性陣列。連續(xù)(例如基本上連續(xù))的ρ型陽極邊緣(例如邊緣194)可被包括在 ρ體陣列的外周邊處。結(jié)終端(JT)區(qū)（例如終端區(qū)196)可被包括在ρ型陽極邊緣的外周邊處。 結(jié)終端區(qū)可消除(例如)沿著器件周邊的早期擊穿和/或失效。
[0049] 在一些具體實施中，SBD整流器(例如SiC器件100)可包括間隔（例如緊密間隔）的ρ 體(例如屏蔽體192)的網(wǎng)格以防止肖特基界面在例如反向偏壓狀態(tài)下出現(xiàn)過高電場。不同 于SiC器件100,平行平面SiC SBD器件的一些具體實施可不抗雪崩。多種物理因素可導(dǎo)致該 問題，包括例如平行平面SiC SBD中雪崩擊穿的固有不均勻性。如果SBD整流器中包括ρ體網(wǎng) 格，則肖特基界面處的電場可至少部分地被屏蔽。PN結(jié)處的峰值電場可能比肖特基界面處 的電場高出（例如)至少百分之幾十。雪崩擊穿的機制可與碰撞電離以及雪崩倍增有關(guān)，碰 撞電離和雪崩倍增是電場的強函數(shù)，并且在數(shù)學(xué)上可由具有5或更高的指數(shù)的冪律函數(shù)來 表示。在一些具體實施中，甚至電場減小10%，也可以抑制雪崩倍增。具有P體屏蔽的SBD整 流器主要可以在P體而不是肖特基界面處雪崩。與平行平面SBD整流器相比，SiC器件100中 PN二極管的雪崩擊穿可以是抗雪崩的，這一點從器件可靠性的角度來看是很重要的。
[0050] 圖3是示出SiC器件300(如，肖特基勢皇整流器)的一部分的示意圖，其具有由間隔 開的（如，緊密間隔的）屏蔽體396 (如，ρ體)實現(xiàn)的靜電屏蔽。如圖3所示，屏蔽體396具有深 度H(也可稱為高度），并且由寬度2W間隔開。在一些具體實施中，間距和高度的縱橫比可以 與圖3所示不同。一個或多個屏蔽體396的寬度可大于或小于2W。在一些具體實施中，深度Η 可大于、等于或小于2W。
[0051] 圖4是示出電場屏蔽系數(shù)與溝道縱橫比（H/W)的相關(guān)性(例如圖3所示）的曲線圖。 屏蔽體(如，緊密間隔的Ρ型耗盡截斷環(huán)）（諸如圖3所示)的屏蔽作用的示例性計算結(jié)果作為 屏蔽體(如，Ρ體)間距(2W)和深度(Η)的函數(shù)示于圖4中。圖4中繪制的屏蔽函數(shù)被定義為ρ體 電場與金屬界面的最大電場比率。取各個區(qū)的中心處的值均進行計算。圖4示出了與ρ體網(wǎng) 格具有足夠緊密的間距的重要性，因為H/W的值相對小，即，低于大約0.2時，可能導(dǎo)致肖特 基區(qū)（如，肖特基金屬)的電屏蔽不足。
[0052]在一些具體實施中，肖特基區(qū)的電屏蔽可具有另一優(yōu)勢，即，它可在相對高的反向 偏壓下減少泄漏電流。在一些具體實施中，泄漏電流可能與隧穿有關(guān)，因此肖特基勢皇的泄 漏電流可以是電場的函數(shù)(如，強函數(shù)）。在一些具體實施中，具有較高H/W比率的SBD整流器 可能具有較低的泄漏電流值。
[0053]在一些具體實施中，這樣的電屏蔽可減少肖特基勢皇的泄漏電流，因為在高反向 偏壓下肖特基勢皇的泄漏可通過隧道機制來控制。在一些具體實施中，隧道電流可對電場 具有強烈的（如，非常強烈的）依賴性，因此即使是電場邊際遞減約20%或更大，都會使泄漏 減少超過一個數(shù)量級。在一些具體實施中，邊際遞減可大于或小于20%。
[0054]圖5是示出SiC器件500(其可為SiC器件100的具體實施）的結(jié)終端(JT)區(qū)596(如， 圖1所示的終端區(qū)196)的構(gòu)型的示意圖。在一些具體實施中，JT區(qū)596可通過注入超過特征 雪崩劑量的受控受主劑量而形成，Qa=eXEa/q，其中Ea為SiC的雪崩擊穿臨界場強，ε為SiC 的介電常數(shù)，而q為單位電荷。在一些具體實施中，注入的受主劑量可大致介于Qa和2.5Qa之 間。在一些具體實施中，該劑量可小于Qa或大于2.5Qa。在一些具體實施中，JT區(qū)596中的受 主摻雜物可注入Al、Ga或B，或者可共注入兩種或更多種受主類型的組合。JT區(qū)596與邊緣 594接觸。
[0055] 在一些具體實施中，將注入的受主在介于大約1500°C和1700°C之間的溫度下進行 熱活化。在一些具體實施中，注入的受主劑量可取決于熱預(yù)算和退火系統(tǒng)的升溫時間，以及 執(zhí)行注入的溫度。
[0056]在一些具體實施中，可在JT區(qū)596的外周邊處移除（例如蝕刻)某些環(huán)形部分，以便 使保留的受主的總量減少大約10 %至35 %。在一些具體實施中，保留的受主的總量可小于 10%或大于35%。在一些具體實施中，例如，如果使用A1或Ga作為摻雜物，那么可通過理論 注入深度分布圖從數(shù)字上確定大致的凹陷（例如蝕刻)深度。在一些具體實施中，這種分布 圖可通過模擬進行計算。在一些具體實施中，如果使用硼作為受主，可以利用活化退火后在 SiC晶片中測得的實際二次離子質(zhì)譜(SMS)分布圖，將摻雜物重新分布考慮在內(nèi)。在一些具 體實施中，實際sms分布圖可用于注入硼的情況，因為硼的重新分布圖可能無法準(zhǔn)確模擬。 在一些具體實施中，電活化的(但不一定電離)受主劑量可能低于注入的受主劑量。
[0057]在一些具體實施中，JT區(qū)596的第一區(qū)帶（如，內(nèi)環(huán)）可不經(jīng)歷蝕刻，并保持其完全 活化的受主劑量(Q1)。在一些具體實施中，JT區(qū)596可具有寬度D1，該寬度大于漂移區(qū)530 (如，外延層)的厚度Td，D1>Td。在一些具體實施中，第二區(qū)帶(如，外環(huán))可部分地移除延伸至 JT區(qū)596的外周邊的受主電荷(Q2)并且寬度至少大于漂移區(qū)530的厚度Td，D2>Td。在一些具 體實施中，第二區(qū)帶(如，外環(huán))可部分地移除(例如通過蝕刻移除)受主電荷。
[0058]在一些具體實施中，介于第一區(qū)帶和第二區(qū)帶（如，內(nèi)區(qū)帶和外區(qū)帶）（高Qa環(huán)和低 Qa環(huán))之間的過渡區(qū)帶（如，過渡帶或環(huán)）由偶數(shù)個數(shù)的環(huán)構(gòu)成，其中受主電荷在Q1和Q2之間 交替變化。在一些具體實施中，過渡區(qū)帶的平均受主電荷值因而可介于Q1和Q2之間。在一些 具體實施中，從最小化(或減小）電場集中度的角度來看，具有中間電荷值的過渡區(qū)帶的存 在可能是有所助益的。在一些具體實施中，電荷過渡區(qū)帶中每個環(huán)的寬度(D3、D4、D3'、D4'） 不可超過漂移區(qū)530的厚度T D的大約三分之一。在一些具體實施中，環(huán)尺寸可以小于或等于 漂移區(qū)530的厚度TD的三分之一。在一些具體實施中，電荷過渡帶可有效抑制SBD中的邊緣 擊穿，即使其包含一對Q2和Q1環(huán)。
[0059] 如圖5所示，襯底540設(shè)置在漂移區(qū)530下方。漂移區(qū)530的厚度為從襯底540到半導(dǎo) 體區(qū)的頂部，對應(yīng)于第二區(qū)帶的頂部(如，頂表面)和浮動環(huán)599。
[0060] 如圖5所示，SiC器件500包括浮動環(huán)599,該浮動環(huán)具有厚度D5。浮動環(huán)599與JT區(qū) 596的相關(guān)注入物相隔距離D6。
[0061 ] 在一些具體實施中，可使距離D3至D6盡可能小。在一些具體實施中，最小特征尺寸 可由多種因素限制。在一些具體實施中，若干凹進區(qū)域和臺面組合(〇3/04,03'/1)4'）可包括 在JT區(qū)596中。在一些具體實施中，凹進區(qū)域和臺面組合(如，03,04,03'，04'）的距離(如，尺 寸）可小于漂移區(qū)530的厚度T D的三分之一。在一些具體實施中，凹進區(qū)域和臺面組合的距 離可大于或等于外延層的厚度Td的三分之一。在一些具體實施中，距離D5和D6可小于厚度Td 的三分之一。在一些具體實施中，距離D5和D6可大于或等于厚度Td的三分之一。
[0062]在一些具體實施中，在JT區(qū)596的外邊緣處或在臺階(例如蝕刻臺階)處不發(fā)生(或 發(fā)生極小)擊穿，并且雪崩擊穿經(jīng)由SiC器件500的本體發(fā)生。在一些具體實施中，從避免形 成高密度電流絲的角度來看，這是有利的，而高密度電流絲可能在與正向額定電流相比的 高水平雪崩電流下?lián)p壞SiC器件500。
[0063]在一些具體實施中，可使用PN二極管評價JT區(qū)596的功能，該PN二極管可與SiC器 件500(如，SBD整流器)具有一些相似之處。在一些具體實施中，這種PN二極管在雪崩擊穿條 件下的發(fā)射圖像示于圖6中。具體地講，圖6是示出在JT區(qū)696的外邊緣處無擊穿（或有極小 擊穿）的發(fā)射圖像。條紋圖形指示電壓與本體690中的擊穿電壓的接近度。圖6中的圖像指示 由于本體690中的雪崩擊穿而起始的發(fā)射。
[0064] 在一些具體實施中，由于雪崩擊穿而引起的發(fā)射可從六重軸沿六邊形襯底的偏離 取向形成相對條紋圖形。在一些具體實施中，這可表示達到的擊穿電壓與本體690擊穿電壓 (理論擊穿電壓)相差在小于20伏的范圍內(nèi)。在一些具體實施中，在JT區(qū)696中未發(fā)生來自臺 階(例如蝕刻臺階)的發(fā)射(或發(fā)生極小發(fā)射）。在一些具體實施中，在切片并包裝后，來自此 晶片的SBD整流器可在不受損壞的情況下維持高雪崩電流值，如在另一個實施例中將闡釋 的那樣。
[0065] 在一些具體實施中，相比之下，缺少臺階弛豫臺面的相鄰測試二極管未表現(xiàn)出合 格的行為，SBD和PN二極管均是如此。在一些具體實施中，此類二極管的擊穿電壓可為100V 至300V，低于具有階變松弛區(qū)域的二極管。在一些具體實施中，缺少臺階弛豫臺面的測試二 極管的擊穿也可以是相當(dāng)不穩(wěn)定的，并且在極低的雪崩電流值下可觀察到此類二極管的不 可逆劣化。在一些具體實施中，劣化后，阻斷電壓可降至相對低的值，大致介于50V和250V之 間。在一些具體實施中，劣化的阻斷電壓可小于50V或大于250V。
[0066]在一些具體實施中，可精確控制外JT區(qū)696中非補償受主的電活化劑量。在一些具 體實施中，這一控制可造成實際問題，因為在活化退火過程中受主摻雜物的活化程度可能 有變化。在一些具體實施中，表面狀態(tài)的受主補償也可根據(jù)表面狀態(tài)的具體性質(zhì)而變化。在 一些具體實施中，在沉積或移除電介質(zhì)涂層后，由于等離子體離子造成的損壞，受主補償量 在器件進程中可能有變化。在一些具體實施中，JT區(qū)696的p型外環(huán)可在低于雪崩擊穿電壓 的電壓下完全耗盡。在一些具體實施中，耗盡電壓可比擊穿電壓低至少15%。在一些具體實 施中，耗盡電壓可大于擊穿電壓的15%或小于擊穿電壓的15%。
[0067]在一些具體實施中，終端區(qū)中擊穿電壓的理論計算可能難以計算。首先，終端區(qū)中 的受主電荷可能不能使用已知的CAD(TCAD)技術(shù)模型進行準(zhǔn)確模擬。其次，邊緣擊穿的模擬 可能需要適當(dāng)?shù)母飨虍愋阅Ｐ?，因為在SiC中沿六邊形平面的方向比沿C軸的方向更易發(fā)生 擊穿。然而，采用各向異性模型時對擊穿電壓預(yù)測的準(zhǔn)確性可能比完全忽略各向異性效應(yīng) 時更差。TCAD建模的這一缺點可能成為一個問題，因為一些獨立的證據(jù)表明，各向異性效應(yīng) 在Si C器件的邊緣擊穿中具有實際意義。因此，對于雪崩穩(wěn)健型SBD而言，JT區(qū)696的設(shè)計應(yīng) 考慮針對所選器件設(shè)計所收集的實驗數(shù)據(jù)。
[0068]在一些具體實施中，JT區(qū)696的外區(qū)帶的耗盡可使用多種技術(shù)來建立，例如，通過 在相對高的電壓下進行電容電壓測量。在一些具體實施中，控制JT區(qū)696的外區(qū)帶耗盡的另 一種相對有效的方式是發(fā)射成像。在一些具體實施中，如果根據(jù)本公開的JT區(qū)696的外區(qū)帶 在低于雪崩擊穿點的電壓下未耗盡，則該外區(qū)帶將會發(fā)生雪崩。在一些具體實施中，在探測 器測試期間可通過裸眼或使用成像相機觀察到外區(qū)帶的發(fā)射。
[0069] 圖7A示出由于JT區(qū)796外區(qū)帶處的擊穿而引起的發(fā)射。如圖7A所示，發(fā)射被示出為 測試結(jié)構(gòu)左側(cè)的三部分明亮的豎直線條。在這種情況下，JT區(qū)796在所需電壓下未被耗盡。 由于液體電介質(zhì)，至少發(fā)生了一些圖像失真，而液體電介質(zhì)用于防止氣隙火花。
[0070] 圖7B示出了具有JT區(qū)的二極管的電容電壓特性曲線圖。在該圖中，相對于反向偏 置電壓以ι/c2繪制了電容。此特定二極管具有漂移區(qū)，其中在漂移區(qū)厚度上分布有均勻的 (如，基本上均勻的)摻雜物，并且透穿電壓為約900伏。對于這樣的二極管而言，1/C 2是反向 偏壓的線性函數(shù)，直至漂移區(qū)完全耗盡（如，基本上完全耗盡）。在較高電壓下，電容僅是反 向偏壓的相對較弱的函數(shù)。在圖7B中約900伏處觀察到漂移區(qū)的耗盡，在低于此電壓下，1/ C2隨電壓的增大而增加，呈大致線性的函數(shù)。在圖中約400V處出現(xiàn)了偏折。此偏折可能源于 JT區(qū)的耗盡。因此，可以從對電容-電壓曲線圖的分析，建立結(jié)終端擴展(JTE)的耗盡電壓， 或某些JT部分的耗盡電壓。離子注入的JT中受主的電活化通常是未知的，并且JT表面處的 確切電荷密度也是未知的。然而，可以將制造工藝與測試相結(jié)合，以便在JT區(qū)中獲得所需電 荷密度，并因此實現(xiàn)二極管整流器的抗雪崩性能。
[0071] 在一些具體實施中，JT離子注入在電連接至陽極區(qū)的主要JT體的外周邊處至少形 成一個浮動P型環(huán)。在一些具體實施中，浮動P型環(huán)經(jīng)歷與主要JT體的外部部分相同的受主 電荷部分移除。在一些具體實施中，浮動環(huán)可具有與連續(xù)JT區(qū)的外區(qū)帶相同的表面高度和 受主高度。在一些具體實施中，一個或多個浮動JT環(huán)及其相鄰JT p區(qū)的寬度可小于漂移區(qū) 厚度的大約三分之一。在一些具體實施中，如果JT的主要p型體不能正常運作，則浮動p環(huán)可 能無法防止早期擊穿。然而，浮動P環(huán)可改善JT的外周邊處表面電勢的分布，這對于某些操 作模式而言可能是重要的。
[0072] 在一些具體實施中，JT可具有2個或更多個p層厚度減小的區(qū)帶。在一些具體實施 中，至少一個區(qū)帶可包括一圈較厚的P層，該層的厚度值與最近的內(nèi)區(qū)帶相同。
[0073] 圖8A和圖8B示出了SiC器件800的三區(qū)帶JT區(qū)896的構(gòu)型，其具有兩個過渡區(qū)帶，即 過渡區(qū)帶A和過渡區(qū)帶B。所述三個區(qū)帶被標(biāo)記為第一區(qū)帶、第二區(qū)帶和第三區(qū)帶。第二區(qū)帶 的頂表面位于介于第一區(qū)帶的頂表面深度與第三區(qū)帶的頂表面深度之間的深度處。在一些 具體實施中，這些區(qū)帶可具有與圖8A所示不同的深度。
[0074]在此具體實施中，過渡區(qū)帶A具有兩個凹陷部和兩個臺面，而過渡區(qū)帶B具有一個 凹陷部和一個臺面。在一些具體實施中，過渡區(qū)帶A和/或過渡區(qū)帶B可具有與圖中所示不同 數(shù)量的凹陷部（和/或臺面）。例如，過渡區(qū)帶A和過渡區(qū)帶B均可具有一個凹陷部（和/或臺 面），或者兩個或更多個凹陷部(和/或臺面）。
[0075]圖8B是示出具有過渡區(qū)帶C的第一區(qū)帶、第二區(qū)帶和第三區(qū)帶的示意圖。第一區(qū)帶 和第二區(qū)帶利用臺階描繪出（如，不包括過渡區(qū)帶，不包括臺面和/或凹陷部）。在一些具體 實施中，第一區(qū)帶和第二區(qū)帶可被過渡區(qū)帶分隔開，并且第二區(qū)帶和第三區(qū)帶可利用臺階 描繪出。
[0076]在圖8A和圖8B的一些具體實施中，p體(未示出）被注入溝槽凹陷部中。JT區(qū)896與 邊緣894接觸。在一些具體實施中，此設(shè)計可能是有利的，因為它有助于維持有效的屏蔽，同 時保持一種或多種高能注入物的能量不會過高。在一些具體實施中，從具有成本效益的制 造工藝角度來看，這是一項優(yōu)勢，同時注入的損壞總量得以降低。
[0077] 在一些具體實施中，高能注入物的結(jié)深度可維持在相對高的值，即，溝槽深度的至 少30 %，以便提供p體邊緣，從而避免電場集邊。在一些具體實施中，結(jié)深度可大于溝槽深度 的30%或小于溝槽深度的30%。
[0078] 在一些具體實施中，JT區(qū)896可具有更多的區(qū)帶和/或或多或少的過渡區(qū)帶。區(qū)帶 之間的深度差值可以不等。例如，第一區(qū)帶和第二區(qū)帶之間的深度差值可以不同于第二區(qū) 帶和第三區(qū)帶之間的深度差值。
[0079]圖9是示出SiC器件900內(nèi)屏蔽體992(如，圖1所示的屏蔽體192)的單元的示意圖， 其具有溝槽的豎直側(cè)壁。漂移區(qū)930和襯底940如圖所示。
[0080] 在一些具體實施中，溝槽側(cè)壁可以大致介于45和80之間的角度朝向二極管頂表面 傾斜(非垂直）。在一些具體實施中，該角度可小于45度或大于80度。在一些具體實施中，注 入物深度Di大于溝槽深度Dt的三分之一。在一些具體實施中，注入物深度Di與溝槽深度的 比率可以不為三分之一(如，小于或等于三分之一）。
[0081] 圖10是示出SiC器件1000內(nèi)屏蔽體1092(如，圖1所示的屏蔽體192)的單元的示意 圖，其具有溝槽的傾斜側(cè)壁。漂移區(qū)1030、襯底1040和屏蔽體摻雜區(qū)1091如圖所示。
[0082] 在一些具體實施中，溝槽側(cè)壁可以是豎直的，并且注入包括向側(cè)壁中以與襯底表 面大致介于30度和80度之間的角度傾斜注入。在一些具體實施中，該角度可小于30度或大 于80度。在一些具體實施中，傾斜注入可與法向注入(與表面成90°)相結(jié)合，用于更好地控 制溝槽處的所需摻雜物分布。在一些具體實施中，注入物深度Di大于溝槽深度Dt的三分之 一。在一些具體實施中，注入物深度Di與溝槽深度的比率可以不為三分之一（如，小于或等 于三分之一 )。
[0083] 圖11A和圖11B中示出了生產(chǎn)SiC器件1100中的屏蔽體1192(例如圖1中示出的屏蔽 體192)單元的生產(chǎn)工藝，其豎直側(cè)壁中采用傾斜注入摻雜。漂移區(qū)1130、襯底1140和屏蔽體 摻雜區(qū)1191也在圖中示出。盡管沒有示出，圖11A和圖11B中示出的工藝可應(yīng)用于具有傾斜 側(cè)壁的屏蔽體。在一些具體實施中，具有傾斜側(cè)壁的屏蔽體可采用單一注入工藝生產(chǎn)。 [0084]圖11A示出了采用第一傾斜注入的第一摻雜工藝以限定屏蔽體摻雜區(qū)1091的第一 側(cè)1091A，圖11B示出了采用第一傾斜注入的第一摻雜工藝以限定屏蔽體摻雜區(qū)1091的剩余 部分。兩圖中示出的單元帶有掩膜1111，在注入工藝中設(shè)置在漂移區(qū)1130上。
[0085] 在一些具體實施中，4H SiC形式的溝槽SiC器件（例如SBD)阻斷超過1200伏的高 壓，并且具有PN結(jié)的擊穿特性，而不是金屬-半導(dǎo)體界面的擊穿特性。
[0086] 圖12A和圖12B分別是根據(jù)實施例的SiC器件（例如SBD整流器）的基本正向特性和 阻斷特性示意圖。圖12A和圖12B為SiC器件的電流-電壓特性。例如，如果SiC器件總晶粒面 積為（例如）約7 · 1mm2，并且有效面積為5 · 8mm2，則室溫下的開啟電壓為約0 · 9V，與肖特基勢 皇相符，其中有效面積為邊緣(例如P體邊緣）內(nèi)芯片部分的面積。然而，整流器在高電流密 度下的擊穿電壓由PN結(jié)確定。低電流密度下的泄露可由肖特基勢皇主導(dǎo)。
[0087] 在一些具體實施中，SiC器件有一定的雪崩強度。在一些具體實施中，SiC器件的雪 崩電流可超過額定導(dǎo)通狀態(tài)電流至少3微秒。在一些具體實施中，SiC器件可超過額定導(dǎo)通 狀態(tài)電流的時間長于3微秒。這種雪崩穩(wěn)健性可防止SiC器件使用的功率轉(zhuǎn)換電路故障，并 且能因此提高采用SiC器件的電路的可靠性。在一些具體實施中，SiC器件二極管組可形成 于偏離取向的4H SiC晶片上。在一些具體實施中，根據(jù)前述具有臺階弛豫區(qū)帶實施例，SiC 器件可具有JT區(qū)。在一些具體實施中，臺階弛豫區(qū)帶可具有單一窄環(huán)形臺面。在一些具體實 施中，晶片可分塊，并且一個或多個SiC器件可包裝在，例如，塑料模具T0-3P包裝中，并且可 測試一個或多個封裝的SiC器件的雪崩強度。
[0088]作為一個實例測試，可測試和對比來自同一晶片且具有相同尺寸、相同JT區(qū)的PN 二極管和SiC器件。每個封裝的肖特基或PN二極管可配置成能夠承受至少1250V的反向偏壓 并且泄露電流不超過0.1mA。無需專門為非箝位感應(yīng)開關(guān)(UIS)測試選擇二極管。雪崩強度 的評估可通過自動UIS(非箝位感應(yīng)開關(guān))測試儀完成。SiC器件可與高壓IGBT并聯(lián)接入測試 儀電路，而IGBT可切換(關(guān)閉）到非箝位感應(yīng)負載。IGBT關(guān)閉之后，儲存于電感器中的能量可 此時耗散到反相偏壓SiC器件中。對于每個被測器件，IGBT電流可以0.1A階變式升高，直到 SiC器件損壞。如果能夠承受的UIS電流超過100A，則電流階的值可從0.1A提高到1A。雪崩電 流和能量可指派為能夠承受而不致?lián)p壞的最高雪崩電流值。雪崩電流和能量可通過每項測 試中5個器件的平均值算出。并且可計算出隨機平均方差，結(jié)果示于表1中。
[0089] 表1根據(jù)實施例的器件的雪崩強度
[0091]如表中所示，根據(jù)這一實施例，對于SiC器件，雪崩電流和能量達到了較高值。并且 如表中所示，SiC器件的雪崩能量略低于PN二極管。在一些具體實施中，這可歸因于肖特基 二極管的熱穩(wěn)定性通常低于PN二極管這一事實。
[0092]同樣如表1所示，平均方差也合理地較低，表明是良態(tài)的緊湊分布。可對同一數(shù)量 的SiC器件進行三組額外的UIS測試，即15個器件。并且包括其他晶片的封裝部件。測試中所 有SiC器件（例如SBD整流器)均沒有在雪崩能量較低時失效，并且均沒有過多偏離平均值 (百分之?dāng)?shù)十）。這表明，根據(jù)UIS測試中的實施例，SiC器件表現(xiàn)穩(wěn)定且可重現(xiàn)。
[0093] 表1呈現(xiàn)的數(shù)據(jù)采用自動測試系統(tǒng)測得。這一系統(tǒng)可為高通量設(shè)計，然而沒有必要 針對追蹤快速電壓和電流暫態(tài)進行優(yōu)化，并且雪崩脈沖長度數(shù)值的誤差可能在數(shù)微秒內(nèi)。 一些選定的樣品可在能夠追蹤快速瞬變的系統(tǒng)中進一步測試。在這類測試中，在這種情況 下的雪崩能量可計算為電壓和電流的乘積在雪崩脈沖持續(xù)時間上的積分。圖13中示出了用 快速瞬變系統(tǒng)在負荷電感為〇. 〇2mH的情況下獲得的電流和電壓跡線的代表性集合。具體而 言，圖13示出了SiC器件(例如SK)整流器）中非破壞性雪崩脈沖1303的電流跡線1301和電壓 跡線1302。
[0094] 如圖13所示，實際的雪崩持續(xù)時間可比自動系統(tǒng)獲得的值小一一可獲得的值約為 2.3微秒。在該例中，雪崩能量為約0.395J，其可與自動測試系統(tǒng)所得的雪崩能量非常接近。 [0095] 一組經(jīng)二極管UIS測試到達了損壞點的SiC器件(例如SBD整流器)可從包裝中提取 出并檢查損壞模式。所有檢查的整流器可具有大面積損壞區(qū)域，指示雪崩電流的分布模式。 并且所有被測二極管可在芯片中央部分具有損壞點。在一些具體實施中，JT區(qū)可沒有損壞。
[0096]圖14示出了根據(jù)UIS測試實施例，SiC器件1400的一種失效模式。圖14中示出了UIS 測試中損壞的SiC器件1400(例如SBD整流器晶粒)的代表性圖像。這一具體晶粒在20mH的負 荷下測試。在終端區(qū)中沒有發(fā)現(xiàn)損壞。晶粒的尺寸為2.66mm X 2.66mm。
[0097][在一些具體實施中，SiC器件1400在重復(fù)雪崩條件下具有雪崩穩(wěn)健性。在一些具 體實施中，SiC器件1400以重復(fù)雪崩模式在1000次雪崩電流的脈沖后，保留了單一脈沖雪崩 能量的至少一半，并且擊穿電壓基本不變，正向電壓降在約1%以內(nèi)。
[0098] 在實例測試中，可對SiC器件(例如SBD整流器)進行重復(fù)UIS測試，以確認不穩(wěn)定模 式是否適用于SiC器件。測試可包括施加一系列共50000次雪崩脈沖、測量基礎(chǔ)DC參數(shù)以及 在更高的雪崩電流下重復(fù)這組雪崩脈沖。
[0099] 測試可按上述配置采用0.02mH的負載電感器進行。脈沖重復(fù)頻率可為200Hz，而恒 定雪崩電流的脈沖數(shù)則可為100。每100次雪崩脈沖后，雪崩電流可提高0.1A。因此單一系列 脈沖中雪崩電流的總增量可為約10A?？稍跍y試前后以及10000次雪崩脈沖的每一系列之 后，測量擊穿電壓和導(dǎo)通狀態(tài)電壓降。
[0100] SiC器件的雪崩損壞電流可在約160A和170A之間，比單次激發(fā)雪崩測試的故障電 流低約10-15%。由于重復(fù)測試條件導(dǎo)致的雪崩電流降低也可根據(jù)硅器件決定，并且可解釋 為熱效應(yīng)的結(jié)果。在重復(fù)雪崩測試過程中，擊穿電壓保持不變。未觀察到擊穿電壓的改變超 過1伏，該數(shù)據(jù)可為測試中高壓測試系統(tǒng)的分辨率。雪崩測試過程中，由于終端區(qū)鈍化電介 質(zhì)充電，可發(fā)生擊穿電壓漂移。根據(jù)實施例的器件可能不會發(fā)生此過程。正向電壓降可保持 在一個穩(wěn)定的值，直到該區(qū)域接近損壞點。例如，圖15中示出正向電壓降與雪崩電流之間關(guān) 系的曲線圖。
[0101] 具體而言，圖15示出了在重復(fù)雪崩測試中，正向電壓降隨著SiC器件（例如SBD)雪 崩電流變化的演變。該測試在10000次雪崩脈沖組后完成。雪崩電流被指定為每一系列脈沖 的平均電流。在一些具體實施中，SiC器件表面可局部平坦化。在一些具體實施中，安全操作 區(qū)域(S0A)緩沖器可包括在襯底和漂移區(qū)之間，以提高雪崩穩(wěn)健性。
[0102] 在一些具體實施中，碳化硅高功率整流器可包括:帶有η型漂移層且漂移層表面有 多個緊密排布屏蔽Ρ體的碳化硅襯底;屏蔽Ρ體周圍表面處的Ρ體邊緣;Ρ型結(jié)終端區(qū);襯底底 部處的歐姆接觸；以及與Ρ體邊緣內(nèi)緣重疊，以便與漂移區(qū)形成肖特基接觸且與Ρ體形成接 觸的金屬接觸。在一些具體實施中，整流器可承受等于至少滿額定(例如基本上滿額定)持 續(xù)正向電流的雪崩電流持續(xù)至少3微秒。
[0103] 在一些具體實施中，高功率整流器可包括:帶有η型漂移層且漂移層表面有多個緊 密排布屏蔽Ρ體的碳化硅襯底;屏蔽Ρ體周圍表面上的Ρ體邊緣;Ρ型結(jié)終端區(qū)，其中結(jié)終端可 防止(例如完全防止、基本上防止)早期擊穿和沿著器件外圍的失效，并且肖特基勢皇整流 器可具有雪崩穩(wěn)健性，可承受至少滿額定(例如，基本滿額定)正向電流持續(xù)至少3微秒。
[0104] 在一些具體實施中，SiC中的高功率肖特基整流器可對重復(fù)雪崩具有穩(wěn)健性，其中 一系列1000次雪崩電流脈沖后，基礎(chǔ)整流器參數(shù)(諸如正向電壓降和擊穿電壓)保持不變 (約1 %以內(nèi)），其脈沖可具有用于單次激發(fā)雪崩事件至少一半的損壞能量。
[0105] 圖16為示出制造碳化硅(SiC)器件的方法的流程圖。該方法包括:形成第一導(dǎo)電類 型的漂移區(qū)（框1600);形成屏蔽體(框1610);以及形成肖特基區(qū)（框1620)。該方法還可包 括:形成至少部分地包圍屏蔽體和肖特基區(qū)1630的具有第二導(dǎo)電類型的邊緣；以及形成至 少部分地包圍邊緣并具有第二導(dǎo)電類型的摻雜的終端區(qū)。終端區(qū)在形成時可具有設(shè)置于第 一區(qū)帶和第二區(qū)帶(和/或另一區(qū)帶)之間的過渡區(qū)帶。第一區(qū)帶的頂表面深度可低于第二 區(qū)帶的頂表面深度?？赏ㄟ^摻雜終端區(qū)并移除部分(例如蝕刻部分)來形成第一區(qū)帶、第二 區(qū)帶、過渡區(qū)帶等，從而限定第一區(qū)帶、第二區(qū)帶、過渡區(qū)帶等。因此，過渡區(qū)帶可具有例如 凹陷部。
[0106] 也應(yīng)當(dāng)能夠理解，如果說一個元件(諸如層、區(qū)或襯底)連接、電連接、親接或電親 接到另一個元件或在另一個元件上，可說明該元件直接在其他元件之上、直接連接或親接 到其他元件，也可說明中間可有一個或多個元件。相反，如果說一個元件直接在另一元件或 層上、直接連接或直接耦接到另一元件或?qū)?，則中間不會有元件或?qū)?。盡管術(shù)語"直接在... 上"、"直接連接"或"直接耦接"并未在整個【具體實施方式】部分通篇運用，但應(yīng)當(dāng)認為，所示 具有此類特征的元件仍應(yīng)視為等同。本申請的權(quán)利要求書可進行修改，以描述說明或圖中 的不例性關(guān)系。
[0107] 本說明所用的單數(shù)形式可包括復(fù)數(shù)形式，除非上下文中明確指明的特殊情況。空 間術(shù)語(例如在...之上、上方、上部、在...以下、下面、下方、下部等）除了圖中的描繪的取 向外，還旨在包括器件使用或操作時的不同取向。在一些具體實施中，空間術(shù)語上方和下方 可分別包括豎直方向上的上方和下方。在一些具體實施中，術(shù)語相鄰可包括橫向的相鄰或 水平的相鄰。
[0108] 本文所描述的各種技術(shù)的具體實施，可在數(shù)字電路或計算機硬件、固件、軟件或上 述幾項結(jié)合的情況下實施（例如，包括在上述幾項的情況下）。方法部分也可通過專用邏輯 電路(例如FPGA或稱現(xiàn)場可編程門陣列)或ASIC(專用集成電路)執(zhí)行，并且裝置可作為專用 邏輯電路或ASIC實施。
[0109] 具體實施可在包括后端部件（例如作為數(shù)據(jù)服務(wù)器）、或包括中間設(shè)備(例如應(yīng)用 服務(wù)器）、或包括前端部件(例如具有可供用戶與具體實施互動的圖像用戶界面或網(wǎng)頁瀏覽 器的客戶端電腦）、或包括后端部件、中間設(shè)備或前端部件的任意組合的計算系統(tǒng)中實施。 部件可通過任何數(shù)字數(shù)據(jù)通信的形式或媒體(例如通信網(wǎng)絡(luò))互連。通信網(wǎng)絡(luò)的例子包括局 域網(wǎng)（LAN)和廣域網(wǎng)(WAN，例如互聯(lián)網(wǎng)）。
[0110] -些具體實施可采用各種半導(dǎo)體加工和/或封裝技術(shù)實施。一些具體實施可采用 各種類型的半導(dǎo)體加工技術(shù)并結(jié)合半導(dǎo)體襯底（包括但不限于，例如，硅（Si)、砷化鎵 (GaAs)、氮化鎵(GaN)等)實施。 盡管所述具體實施的特征已在上文中進行了描述，但本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)能夠 理解，本發(fā)明具有多種修改形式、替代形式、變式或等同形式。因此，應(yīng)當(dāng)能夠理解，附帶的 權(quán)利要求書旨在覆蓋這些具體實施范圍內(nèi)的所有此類修改形式和變式。也應(yīng)當(dāng)能夠理解， 這些內(nèi)容的呈現(xiàn)方式僅為示例，而非限制，并且可作出各種形式上的改變和細節(jié)描述。本文 所述的裝置和/或方法的任意部分可結(jié)合到任意組合中，除非相互矛盾。本文所述的具體實 施可包括所述不同具體實施的功能、部件和/或特征的各種組合和或分組合。
【主權(quán)項】
1. 一種碳化娃(SiC)器件，包括： 第一導(dǎo)電類型的漂移區(qū)； 屏蔽體； 肖特基區(qū)； 邊緣，所述邊緣具有第二導(dǎo)電類型且至少部分地圍繞所述屏蔽體和所述肖特基區(qū)；以 及 終端區(qū)，所述終端區(qū)至少部分地圍繞所述邊緣并具有所述第二導(dǎo)電類型的摻雜， 所述終端區(qū)具有設(shè)置在第一區(qū)帶和第二區(qū)帶之間的過渡區(qū)帶，所述第一區(qū)帶的頂表面 的深度小于所述第二區(qū)帶的頂表面的深度，所述過渡區(qū)帶具有凹陷部。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳化硅器件，所述屏蔽體具有屏蔽體摻雜區(qū)，所述屏蔽體摻雜 區(qū)的摻雜濃度和所述邊緣的邊緣摻雜區(qū)的摻雜濃度相同。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳化硅器件，其中所述第一區(qū)帶的深度與所述第二區(qū)帶的摻 雜區(qū)的深度相等。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳化硅器件，其中所述過渡區(qū)帶具有摻雜區(qū)，其深度與所述第 一區(qū)帶的摻雜區(qū)的深度以及所述第二區(qū)帶的摻雜區(qū)的深度相同。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳化硅器件，其中所述過渡區(qū)帶具有由臺階限定的邊緣。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳化硅器件，其中所述屏蔽體由溝槽和屏蔽體摻雜區(qū)限定，所 述屏蔽體摻雜區(qū)的深度為所述溝槽的深度的至少三分之一。7. -種碳化娃(SiC)器件，包括： 第一導(dǎo)電類型的漂移區(qū)； 多個屏蔽體的陣列，所述多個屏蔽體的陣列與多個肖特基區(qū)交錯； 邊緣，所述邊緣具有第二導(dǎo)電類型且部分地圍繞所述多個屏蔽體的陣列；以及 終端區(qū)，所述終端區(qū)至少部分地圍繞所述邊緣，所述終端區(qū)具有第一區(qū)帶，所述第一區(qū) 帶具有第一厚度的摻雜區(qū)，所述終端區(qū)具有第二區(qū)帶，所述第二區(qū)帶具有第二厚度的摻雜 區(qū)。8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的碳化硅器件，其中所述多個屏蔽體各自具有屏蔽體摻雜區(qū)且 摻雜濃度等于所述邊緣的邊緣摻雜區(qū)的摻雜濃度。9. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的碳化硅器件，其中所述終端區(qū)由所述第二導(dǎo)電類型摻雜，所述 第一區(qū)帶的所述摻雜區(qū)的深度與所述第二區(qū)帶的所述摻雜區(qū)的深度相等。10. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的碳化硅器件，其中所述第一區(qū)帶的頂表面高于所述第二區(qū)帶 的頂表面。11. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的碳化硅器件，其中所述終端區(qū)具有設(shè)置于所述第一區(qū)帶和所 述第二區(qū)帶之間的過渡區(qū)帶，所述過渡區(qū)帶的摻雜區(qū)具有第一部分和第二部分，所述第一 部分的厚度與所述第二部分的厚度不同。12. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的碳化硅器件，其中所述終端區(qū)具有設(shè)置于所述第一區(qū)帶和所 述第二區(qū)帶之間的過渡區(qū)帶，所述過渡區(qū)帶的摻雜區(qū)具有第一部分和第二部分，所述第一 部分的厚度與所述第二部分的厚度不同， 所述第一區(qū)帶具有平坦的頂表面， 所述第二區(qū)帶具有平坦的頂表面，并且深度小于所述第一區(qū)帶的所述頂表面的深度。13. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的碳化硅器件，其中所述終端區(qū)具有設(shè)置于所述第一區(qū)帶和所 述第二區(qū)帶之間的過渡區(qū)帶，所述過渡區(qū)帶具有摻雜區(qū)，其深度與所述第一區(qū)帶的所述摻 雜區(qū)的深度以及所述第二區(qū)帶的所述摻雜區(qū)的深度相同。14. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的碳化硅器件，其中所述終端區(qū)具有設(shè)置于所述第一區(qū)帶和所 述第二區(qū)帶之間的過渡區(qū)帶， 所述第一區(qū)帶設(shè)置于所述邊緣和所述過渡區(qū)帶之間， 所述第一區(qū)帶具有平坦的頂表面， 所述第二區(qū)帶具有平坦的頂表面，并且深度小于所述第一區(qū)帶的所述頂表面的深度， 所述過渡區(qū)帶具有凹陷部。15. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的碳化硅器件，其中所述終端區(qū)具有設(shè)置于所述第一區(qū)帶和所 述第二區(qū)帶之間的過渡區(qū)帶， 所述過渡區(qū)帶第一側(cè)上的所述第一區(qū)帶的所述摻雜區(qū)具有相對較高的電荷，而所述過 渡區(qū)帶第二側(cè)上的所述第二區(qū)帶的所述摻雜區(qū)具有相對較低的電荷。16. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的碳化硅器件，其中所述多個屏蔽體中的至少一個由溝槽和屏 蔽體摻雜區(qū)限定，所述屏蔽體摻雜區(qū)的深度為所述溝槽的深度的至少三分之一。17. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的碳化硅器件，其中所述多個肖特基區(qū)中的至少一個由設(shè)置在 臺面之上的金屬限定，所述臺面位于一對所述多個屏蔽體之間，所述金屬位于一對所述多 個屏蔽體之上。18. -種制造碳化硅(SiC)器件的方法，包括： 形成第一導(dǎo)電類型的漂移區(qū)； 形成屏蔽體； 形成肖特基區(qū)； 形成邊緣，所述邊緣具有第二導(dǎo)電類型且至少部分地圍繞所述屏蔽體和所述肖特基 區(qū)；以及 形成終端區(qū)，所述終端區(qū)至少部分地圍繞所述邊緣并具有所述第二導(dǎo)電類型的摻雜， 所述終端區(qū)具有設(shè)置在第一區(qū)帶和第二區(qū)帶之間的過渡區(qū)帶，所述第一區(qū)帶的頂表面 的深度小于所述第二區(qū)帶的頂表面的深度，所述過渡區(qū)帶具有凹陷部。19. 根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，所述屏蔽體具有屏蔽體摻雜區(qū)，所述屏蔽體摻雜區(qū)的 摻雜濃度和所述邊緣的邊緣摻雜區(qū)的摻雜濃度相同。20. 根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中所述第一區(qū)帶的深度與所述第二區(qū)帶的摻雜區(qū) 的深度相等。
【文檔編號】H01L29/872GK106024913SQ201610183536
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年3月28日
【發(fā)明人】安德烈·康斯坦丁諾夫
【申請人】飛兆半導(dǎo)體公司, 快捷半導(dǎo)體(蘇州)有限公司