[发明专利]一种SiC结势垒肖特基二极管的制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体器件技术领域。更具体地，涉及一种SiC结势垒肖特基二极管的制作方法。

背景技术

电力电子技术是使用例如晶闸管、GTO、IGBT等电力电子器件对电能进行变换和控制的一门电子技术，在当今能源开发和利用中发挥着举足轻重的作用。当前，传统的硅基电力电子器件的水平基本上维持在10⁹-10¹⁰W·Hz，已逼近了因寄生二极管制约而能达到的硅材料的极限。为了突破目前的器件极限，一般选择采用宽能带间隙材料的半导体器件，如碳化硅(SiC)或氮化镓(GaN)器件。

碳化硅材料具有优良的物理和电学特性，以其宽的禁带宽度、高的热导率、大的饱和漂移速度和高的临界击穿电场等独特优点，成为制作高功率、高频、耐高温、抗辐射器件的理想半导体材料。碳化硅电力电子器件的击穿电压可达到硅器件的十倍，而导通电阻仅为硅器件的数十分之一，开关速度快，热导率高，电能转换损耗小，散热系统简单，最终使整个系统的体积和重量显著降低。以SiC材料制备的电力电子器件已成为目前半导体领域的热点器件和前沿研究领域之一，是电力电子技术最为重要的发展方向，在军事和民事领域具有重要的应用前景。

利用SiC材料制备的肖特基二极管能提供理想的动态性能。SiC肖特基二极管属于多数载流子器件，工作过程中没有电荷储存，因此反向恢复电流仅由耗尽层结电容造成，其反向恢复电流以及其反向恢复损耗比Si超快恢复二极管要低一到两个数量级；进一步地，上述结构能够大幅度减少和SiC肖特基二极管匹配的开关管的开通损耗，提高电路的开关频率；进一步地，SiC肖特基二极管几乎没有正向恢复电压，能够立即导通，不存在双极型器件的开通延时现象。在常温下，SiC肖特基二极管的正态导通压降和Si超快恢复器件基本相同，但是由于SiC肖特基二极管的导通电阻具有正温度系数，这将有利于将多个SiC肖特基二极管并联。在二极管单芯片面积和电流受限的情况下，这可以大幅度提高SiC肖特基二极管的容量，使它在较大容量中的应用成为可能。SiC肖特基二极管可以广泛应用于电动汽车/混合动力车等需进行功率转换的逆变器、转换器、PFC电路，以及太阳能、风能等新能源中的整流、逆变等领域。

单纯的SiC肖特基二极管具有开关速度快和反向恢复时间短的优点，但是反向特性有一定的局限性，在高电压下肖特基势垒退化，反向漏电流大，无法实现高耐压器件。与肖特基二极管相比，SiC的PIN二极管具有更高的耐压，但是反向恢复时间相对较长，正向压降相对较大。在SiC的二极管中，结势垒肖特基结构(JBS)是将肖特基和PiN结构结合在一起的一种器件结构，通过pn结势垒排除隧穿电流对最高阻断电压的限制，结合了两者的优点，使得JBS结构相比于肖特基器件，反向模式下泄漏电流更低，阻断电压高。因此，在高速、高耐压的SiC二极管领域具有很大的优势。

在电力电子系统中，电力电子器件的特性对系统性能的实现和改善起着至关重要的作用。由于器件的击穿电压在很大程度上取决于结曲率引起的边缘强电场，因此为了缓解表面终止的结边缘处的电场集中，提高器件的实际击穿电压，需要对器件进行结终端结构的设计。结终端结构主要包括场板(FP)、场限环(FLR)、结终端延伸(JTE)等。在平面结终端技术中，场板技术对耐压的提升有限，不能达到耐压要求；场限环技术能达到耐压要求，但是其对环间距太过敏感，器件设计和工艺难度大；JTE的击穿效率最高，在SiC电力电子器件结构中具有非常广泛的应用。