[发明专利]基于外延工艺的沟槽式浮动结碳化硅SBD器件及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及微电子技术领域，尤其涉及一种基于外延工艺的沟槽式浮动结碳化硅SBD器件及其制造方法。

背景技术

碳化硅材料比Si具有更优良的电学性能，这使它十分适合于高压、大功率以及高频等领域。而它的发展步伐已经超过其他宽禁带半导体，比其他宽禁带半导体有更广泛的应用。

SiC材料禁带宽度大，可达到3eV以上，是Si的3倍，临界击穿电场可达到2MV/cm以上，比Si高出一个数量级，而在高压大功率器件中，往往需要较厚的轻掺杂的外延层来获得较高的反向击穿电压，但是这会导致正向导通特性的降低，这就使SiC在高压大功率领域显现出了巨大的优势，在相同击穿电压下，SiC功率器件的导通电阻只有Si功率器件的1/100到1/200，而在相同的特征导通电阻下，Si功率器件的击穿电压是SiC功率器件的1/10到1/20。此外SiC材料热导率高(4.9W/cm.K左右)，是Si的8倍，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。在相同导通电阻下，SiC器件的开关速度远远小于Si器件的开关速度，更适合制造高频功率器件。SiC材料的抗辐照特性也十分优秀，在相同辐射条件下，SiC材料中引入的电子-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、石油勘探、、自动化、核能、无线通信、雷达、汽车电子、大功率相控阵雷、射频RF和微波等领域有广泛的应用，并且在未来的新能源如水能、风能和太阳能等领域也有极其良好的应用前景。

功率半导体器件在发展过程中一直追求更大的电流和更大的反向阻断电压，为了实现高击穿电压，在近几年功率器件新结构的研究中，最热的就是超结结构、半超结结构以及浮结结构。“超结”的概念由Tarsuhiko等人再1997年提出，但是超结的制造难度很大，多次交替的离子注入和外延生长尤其对SiC更难。相比来说，浮动结器件更容易实现。SiC浮动结器件已经在实验室由T Hatakeyama等人首次制造成功。

浮动结碳化硅肖特基二极管(SiC FJ-SBD)相对于传统肖特基二极管，在器件的外延层中引入了埋层，增大了器件的击穿电压。而沟槽式肖特基二极管通过在器件表面引入沟槽增大了正向导通电流，这两种碳化硅器件在近几年都在功率器件倍领域关注。

但是浮动结碳化硅SBD引入的埋层导致正向导通电流的导电沟道变窄，降低了器件的正向导通特性。同时一次外延层表面离子注入会引入界面缺陷和晶格损伤。而沟槽式碳化硅SBD的沟槽拐角处导致了器件在反向电压的作用下引入峰值电场，降低了器件的击穿电压。

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

本发明的目的在于提供一种基于外延工艺的沟槽式浮动结碳化硅SBD器件及其制造方法，用以克服上述技术缺陷。

为实现上述目的，本发明提供一种基于外延工艺的沟槽式浮动结碳化硅SBD器件，其包括金属、SiO₂隔离介质、沟槽、一次N-外延层、二次P+外延层、三次N^-外延层、N⁺衬底区、欧姆接触区，其中，

所述沟槽与二次P+外延层上下对齐，形状相同，或者与非二次P+外延层区上下对齐，形状相同。

进一步，所述沟槽与此沟槽下方的二次P+外延层形状相同，面积相等，边缘对齐，或者每个沟槽与此沟槽下方的非二次P+外延层区的形状相同，面积相等，边缘对齐。

进一步，所述沟槽的深度为1～3μm，位于金属1下方，三次N^-外延层的表面。

进一步，所述一次N^-外延层位于N⁺衬底之上，厚度为5～15μm，其中氮离子的掺杂浓度为掺杂浓度为1x10¹⁵cm^-3～1x10¹⁶cm^-3。