[发明专利]针对碳化硅超结功率装置的有源区设计

说明书

技术领域

本说明书中公开的主题涉及碳化硅(SiC)功率装置，并且更确切地说，涉及SiC超结功率装置的有源区设计。

背景技术

对于半导体功率装置，超结(也称为电荷平衡)设计提供若干优点。例如，超结装置相对于传统的单极装置设计展示出电阻减少且每单位面积的传导损耗减少。在硅(Si)超结装置中，可以通过将多个第一掺杂剂型(例如，p型)竖直柱注入或扩散到第二掺杂剂型(例如，n型)Si装置层中形成有源区。这些Si超结装置的竖直柱延伸穿过Si外延装置层的厚度(例如，几十微米)，这可以使用现有的Si外延、注入和/或扩散方法来实现。

然而，在碳化硅(SiC)中，掺杂剂比在Si中具有明显更低的扩散系数/注入范围。因此，当使用作为典型Si处理的注入能量将特征(例如，竖直电荷平衡区)成型为SiC外延层时，掺杂剂不能够如其穿透到Si层那样深地穿透到SiC层中。例如，用于Si装置制造的典型商业离子植入系统实现多达约380千电子伏特的掺杂剂注入能量。此类注入能量仅实现掺杂剂注入到SiC外延层的表面中至大约0.5μm与大约1μm之间的最大深度。

发明内容

在实施例中，SiC-SJ装置包括具有一个或多个电荷平衡(CB)层的有源区。每个CB层包括具有第一导电型的半导体层和设置在所述半导体层表面中具有第二导电型的多个浮置区。所述多个浮置区和半导体层均被配置成大体上耗尽以在反偏压施加至SiC-SJ装置时提供来自离子掺杂剂的大体上等量的电荷。

在实施例中，一种制造碳化硅(SiC)超结(SJ)装置的方法包括：通过在SiC衬底层之上形成具有第一导电型的第一半导体层并且将具有第二导电型的第一多个浮置区注入到第一半导体层中来制造第一电荷平衡(CB)层。第一多个浮置区的掺杂浓度在大约2×10¹⁶cm^-3与大约1×10¹⁸cm^-3之间。另外，第一多个浮置区之间的间隔大于或等于第一半导体层的厚度的10％且小于或等于第一半导体层的厚度。

附图说明

当参考附图阅读以下详细描述时，本发明的这些及其它特征、方面和优点将变得更好理解，在所有图中相同的标记表示相同的部件，在附图中：

图1的示意图示出根据本发明方法的多层碳化硅超结(SiC-SJ)肖特基二极管的有源区的横截面视图，所述SiC-SJ肖特基二极管具有包括浮置区的漂移层；

图2A到2E的示意图示出了贯穿若干制造步骤的图1的SiC-SJ装置的实施例；

图3的曲线图示出对于具有不同SiC外延层掺杂浓度的图1的SiC-SJ装置的实施例，击穿电压对比浮置区之间的间隔的实例；

图4的曲线图示出对于具有不同SiC外延层掺杂浓度的图1的SiC-SJ装置的各种实施例，SiC SJ漂移层的比导通电阻对比浮置区之间的间隔的实例；

图5的曲线图示出对于具有不同浮置区掺杂浓度的图1的SiC-SJ装置的两个实施例，击穿电压对比浮置区结深度的实例；

图6的曲线图示出对于浮置区之间具有2μm间隔的图1的SiC-SJ装置的实施例，比导通电阻对比漂移层掺杂剂浓度；

图7描绘的等高线图示出对于图1的SiC-SJ装置的各种实施例，漂移层的比导通电阻(左侧)和击穿电压(右侧)；

图8的示意图示出根据本发明方法的实施例的多层SiC-SJ装置的有源区的横截面视图，所述SiC-SJ装置具有三个包括浮置区的外延层；以及

图9描绘的等高线图示出对于图8的SiC-SJ装置的各种实施例，漂移层的比导通电阻(左侧)和阻断电压(右侧)。

具体实施方式

下面将描述一个或多个特定实施例。为了提供这些实施例的简要描述，并不在本说明书中描述实际实施方案的所有特征。应了解，任何工程或设计项目中的任何这种实际实施方案的开发、众多针对实施方案的决定都必须实现开发者的具体目标，例如遵守可能在各个实施方案中变化的与系统有关和与商业有关的约束。此外，应了解，这样的开发工作可能是复杂且耗时的，但对于受益于本发明的所属领域的技术人员来说，这些都是设计、制造和生产中的常规任务。