一种具有深沟槽的浮动结碳化硅sbd器件的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种具有深沟槽的浮动结碳化硅SBD器件，其包括金属、SiO2隔离介质、沟槽、一次N-外延层、P+离子注入区、二次N-外延层、N+衬底区、欧姆接触区，其中，所述P+离子注入区处于深沟槽的拐角处下方；所述沟槽为深沟槽，沟槽的深度为1.5～8μm。本发明具有深沟槽的浮动结碳化硅SBD器件，继承沟槽式碳化硅SBD的基本结构，具有正向电流大的优点，同时克服了反向漏电流大的缺点。
【专利说明】 一种具有深沟槽的浮动结碳化硅SBD器件
【技术领域】
[0001]本发明涉及微电子【技术领域】，尤其涉及一种具有深沟槽的浮动结碳化硅SBD器件。
【背景技术】
[0002]宽禁带半导体材料是以碳化硅、氮化镓等材料为代表的第三代半导体材料，在这其中尤其以碳化硅材料著称，SiC材料禁带宽度大，可达到3eV以上。临界击穿电场可达到2MV/cm以上。SiC材料热导率高(4.9ff/cm.K左右)，并且器件耐高温，比Si更适合于大电流器件。SiC载流子寿命短，只有几纳秒到几百纳秒。SiC材料的抗辐照特性也十分优秀，辐射引入的电子-空穴对比Si材料要少得多。因此，SiC优良的物理特性使得SiC器件在航空航天电子，高温辐射恶劣环境、军用电子无线通信、雷达、汽车电子、大功率相控阵雷、射频RF等领域有广泛的应用，并且在未来的新能源领域有极其良好的应用前景。
[0003]浮动结结构可以将相同掺杂浓度下的器件的击穿电压提高近一倍，SiC浮动结器件已经在实验室由T Hatakeyama等人首次制造成功。SiC浮动结基于二次外延工艺获得，即在一次外延层上进行离子注入后，在一次外延层上进行第二次外延生长，从而形成浮动结。
[0004]肖特基二极管由于其低压降和大电流在功率器件中被广泛应用。为了实现更大的电流，90年代就有人提出了 SiC沟槽式的肖特基二极管(TSBD)。沟槽式的肖特基二极管大大增加了肖特基接触的面积，实现了更低的压降和更大的电流。但是SiC沟槽式的肖特基二极管会在沟槽的拐角处引入峰值电场。肖特基二极管在反向偏压下会在肖特基的势垒降低效应、场发射模型和热场发射模型的作用下产生漏电流，并且随电场呈指数增长，而沟槽的拐角处引入峰值电场大大增大器件的反向漏电流。
[0005]鉴于上述缺陷，本发明创作者经过长时间的研究和实践终于获得了本创作。
【发明内容】
[0006]本发明的目的在于提供一种具有深沟槽的浮动结碳化硅SBD器件，用以克服上述技术缺陷。
[0007]为实现上述目的，本发明提供一种具有深沟槽的浮动结碳化硅SBD器件，其包括金属、S12隔离介质、沟槽、一次N_外延层、P+离子注入区、二次N_外延层、N+衬底区、欧姆接触区，其中，
[0008]所述P+离子注入区处于深沟槽的拐角处下方；
[0009]所述沟槽为深沟槽，沟槽的深度为1.5?8 μ m。
[0010]进一步，所述Pf外延层最上端到底面的厚度为20 μ m,其中氮离子掺杂浓度为I X 115Cm 3?I X 116Cm 3，一次N外延层的厚度为12?17 μ m。
[0011 ] 进一步，所述P+离子注入区的掺杂浓度为5 X 118CnT3?I X 1019cm_3，厚度为0.4?
0.6 μ m0
[0012]进一步，P+离子注入区处于深沟槽的拐角处下方，P+离子注入区距沟槽O?L 5 μ m0
[0013]进一步，所述P+离子注入区区域将沟槽拐角区域完全覆盖。
[0014]进一步，沟槽的形状为实心形状的沟槽，沟槽拐角处下方的浮动结为相应的环形。
[0015]进一步,所述二次N_外延层位于一次『外延层上方,厚度是3~8 μ m,氮离子掺杂浓度为IxlO15Cnr3~lX1016cnT3，一次N—外延层和二次N—外延层的总厚度为20 μ m。
[0016]进一步，所述N+衬底是N型SiC衬底片；一次f外延层位于N+衬底之上。
[0017]进一步,所述金属和S12隔离介质位于二次Pf外延层上方。
[0018]与现有技术相比较本发明的有益效果在于:本发明具有深沟槽的浮动结碳化硅SBD器件，继承沟槽式碳化硅SBD的基本结构，具有正向电流大的优点。本发明提供的器件器件，将传统沟槽式碳化硅SBD进行基于SiC浮动 结二次外延工艺进行了改进，具有反向漏电流低的优点。本发明提供的器件耐高温、耐高压、开关时间短和抗辐射能力强等，可广泛应用于电力电子领域。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]图1a为本发明具有深沟槽的浮动结碳化硅SBD器件的剖面图；
[0020]图1b为本发明具有深沟槽的浮动结碳化硅SBD器件的俯视图；
[0021]图2为本发明具有深沟槽的浮动结碳化硅SBD器件的一次外延层俯视图。
【具体实施方式】
[0022]以下结合附图，对本发明上述的和另外的技术特征和优点作更详细的说明。
[0023]请参阅图1a所示，本发明具有深沟槽的浮动结碳化硅SBD器件包括:金属US12隔离介质2、沟槽3、一次N_外延层4、P+离子注入区5、二次N_外延层6、N+衬底区7、欧姆接触区8。
[0024]请结合图1b所示，本发明的器件中，所述N+衬底7是N型SiC衬底片。一次N—外延层4位于N+衬底7之上，厚度为12~17 μ m,氮离子掺杂浓度为lxl015cm_3~lxl016cm_3。
[0025]所述P+离子注入区5位于一次N_外延层4表面，铝离子掺杂浓度为5X1018cm_3~lxl019cm_3，离子注入深度为0.4~0.6 μ m。二次N_外延层6位于一次N_外延层4上方，厚度是3~8 μ m，氮离子掺杂浓度为IxlO1W~lxl016cm^3o 一次N—外延层4和二次N—外延层6的总厚度为20 μ m。
[0026]所述金属I和S12隔离介质2位于二次Pf外延层6上方。金属I和S12隔离介质2相邻，且金属与和S12隔离介质2有上下相重合之处12。沟槽3位于金属I下方，外延层的表面，所述金属I和沟槽3有重合处13。P+离子注入区处于深沟槽3的拐角处下方，P+离子注入区5距沟槽O~1.5 μ m，且P+离子注入区5区域将沟槽3拐角区域完全覆盖。
[0027]在本发明采用的器件中，反向偏压下，电场聚集在沟槽拐角处，峰值电场由P+离子注入区5和外延层形成的PN结承担，器件拐角处的电流机制由在没有P+离子注入区5时肖特基势垒的场发射模型和热场发射模型变为以反向雪崩电流、反向饱和电流和耗尽层产生电流为主。器件的反向漏电流大大降低，接近理想一维器件的反向漏电流。
[0028]请参见图1b和图2，沟槽3采用条状或块状图形，P+离子注入区5覆盖了沟槽3的拐角处，故P+离子注入区5的形状为与沟槽3相同形状的环形。[0029]实施例一:
[0030]参照图1a和图3，本发明中具有深沟槽的浮动结碳化硅SBD器件的结构如下:
[0031]N+衬底是N型SiC衬底片，一次N—外延层位于N+衬底之上。
[0032]P+离子注入区位于一次f外延层表面。二次『外延层位于一次f外延层上。金属和S12隔离介质位于二次Pf外延层上方。金属和S12隔离介质相邻,且金属与和S12隔离介质有上下相重合之处。沟槽位于金属下方，外延层的表面。P+离子注入区处于深沟槽的拐角处下方，且P+离子注入区区域将沟槽拐角区域完全覆盖。
[0033]N—外延层的厚度为12μπι，氮离子掺杂浓度为lxl016cm_3。P+离子注入区铝离子掺杂浓度为lxl019cm_3，离子注入深度为0.6μπι。二次Ν_外延层的厚度是8 μ m，氮离子掺杂浓度为lX1016cm_3。沟槽的深度为8 μ m。
[0034]实施例二:
[0035]参照图1a和图lb，本发明中具有深沟槽的浮动结碳化硅SBD器件的结构如下:
[0036]N+衬底是N型SiC衬底片。一次f外延层位于N+衬底之上。P+离子注入区位于一次N—外延层表面。二次N—外延层位于一次N—外延层上。金属和S12隔离介质位于二次N_外延层上方。
[0037]金属和S12隔离介质相邻，且金属与和S12隔离介质有上下相重合之处。沟槽位于金属下方，外延层的表面。P+离子注入区处于深沟槽的拐角处下方，且P+离子注入区区域将沟槽拐角区域完全 覆盖。
[0038]N—外延层的厚度为15μπι，氮离子掺杂浓度为5xl015cm_3。P+离子注入区铝离子掺杂浓度为5X1018cm_3，离子注入深度为0.5 μ m。二次N_外延层的厚度是5 μ m,氮离子掺杂浓度为SxlO1W0沟槽的深度为4.5 μ m。
[0039]实施例三:
[0040]参照图1a和图3，本发明中具有深沟槽的浮动结碳化硅SBD器件的结构如下:
[0041]N+衬底是N型SiC衬底片。一次f外延层位于N+衬底之上。P+离子注入区位于一次N—外延层表面。二次N—外延层位于一次N—外延层上。金属和S12隔离介质位于二次f外延层上方。金属和S12隔离介质相邻,且金属与和S12隔离介质有上下相重合之处。沟槽位于金属下方，外延层的表面。P+离子注入区处于深沟槽的拐角处下方，且P+离子注入区区域将沟槽拐角区域完全覆盖。
[0042]N—外延层的厚度为17μπι，氮离子掺杂浓度为lxl015cm_3。P+离子注入区铝离子掺杂浓度为lxl019cm_3，离子注入深度为0.4μπι。二次Ν_外延层的厚度是3 μ m，氮离子掺杂浓度为lX1015cm_3。沟槽的深度为1.5μπι。
[0043]以上所述仅为本发明的较佳实施例，对发明而言仅仅是说明性的，而非限制性的。本专业技术人员理解，在发明权利要求所限定的精神和范围内可对其进行许多改变，修改，甚至等效，但都将落入本发明的保护范围内。
【权利要求】
1.一种具有深沟槽的浮动结碳化硅SBD器件，其特征在于，其包括金属、S12隔离介质、沟槽、一次N—外延层、P+离子注入区、二次N—外延层、N+衬底区、欧姆接触区，其中， 所述P+离子注入区处于深沟槽的拐角处下方； 所述沟槽为深沟槽，沟槽的深度为1.5?8 μ m。
2.根据权利要求1所述的具有深沟槽的浮动结碳化硅SBD器件，其特征在于，所述N—外延层最上端到底面的厚度为20 μ m，其中氮离子掺杂浓度为I X 115CnT3?I X 1016cm_3，一次N—外延层的厚度为12?17μπι。
3.根据权利要求1或2所述的具有深沟槽的浮动结碳化硅SBD器件，其特征在于，所述P.离子注入区的掺杂浓度为5 X 118CnT3?I X 1019cnT3，厚度为0.4?0.6 μ m。
4.根据权利要求1或2所述的具有深沟槽的浮动结碳化硅SBD器件，其特征在于，P+离子注入区处于深沟槽的拐角处下方，P+离子注入区距沟槽O?1.5 μ m。
5.根据权利要求3所述的具有深沟槽的浮动结碳化硅SBD器件，其特征在于，所述P+离子注入区区域将沟槽拐角区域完全覆盖。
6.根据权利要求3所述的具有深沟槽的浮动结碳化硅SBD器件，其特征在于，沟槽的形状为实心形状的沟槽，沟槽拐角处下方的浮动结为相应的环形。
7.根据权利要求1或2所述的具有深沟槽的浮动结碳化硅SBD器件，其特征在于，所述二次N_外延层位于一次N_外延层上方，厚度是3?8 μ m，氮离子掺杂浓度为lxl015Cm_3?lX1016cm_3，一次N_外延层和二次N_外延层的总厚度为20 μ m。
8.根据权利要求7所述的具有深沟槽的浮动结碳化硅SBD器件，其特征在于，所述N+衬底是N型SiC衬底片；一次N_外延层位于N+衬底之上。
9.根据权利要求7所述的具有深沟槽的浮动结碳化硅SBD器件，其特征在于，所述金属和S12隔离介质位于二次f外延层上方。
【文档编号】H01L29/06GK104037236SQ201410166378
【公开日】2014年9月10日 申请日期:2014年4月21日 优先权日:2014年4月21日
【发明者】杨帅, 宋庆文, 汤晓燕, 张艺蒙, 贾仁需, 张玉明, 王悦湖 申请人:西安电子科技大学