[实用新型]一种高导通效率的碳化硅二极管

说明书

技术领域

一种高导通效率的碳化硅二极管，属于半导体制造技术领域。

背景技术

二极管是半导体领域最为常见的元器件之一，在各个领域均具有广泛用途。目前，二极管已经发展到第三代半导体材料的碳化硅制成的二极管。碳化硅材料制成的二极管相比较常规的硅、锗材质的二极管而言，具有耐高压、耐高温以及电场强度高（10倍于硅二极管）的优点，因此应用范围越来越广。但是常规的碳化硅二极管也存在有一个较大缺陷：碳化硅二极管由于禁带较宽，因此具有较高的开启电压，碳化硅肖特基大约为1.5V，碳化硅PN结二极管开启电压大约为3V，因此碳化硅二极管在工作时需要更高的正向电压才能实现导通，因此开关效率较低且耗能更高。

发明内容

本实用新型要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种将衬底、外延层、重掺杂区设计为相同材质的半导体，因此不存在常规二极管所存在的死区电压，克服了传统的碳化硅二极管因开启电压高而开关效率较低且耗能高缺陷的高导通效率的碳化硅二极管。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：该高导通效率的碳化硅二极管，其特征在于：

设置有碳化硅材质的衬底以及位于衬底上方的外延层，在外延层的表面并排设置有若干沟槽，在沟槽内填充有半导体填充物，在两相邻的所述沟槽之间设置有重掺杂型区，重掺杂型区位于外延层的上端且与沟槽上端平齐；衬底、外延层以及重掺杂区的半导体类型相同。

优选的，所述的半导体填充物为填充在沟槽内部的掺杂类型与所述的外延层相反的单晶碳化硅。

优选的，所述的半导体填充物为填充在沟槽内部的多晶硅以及设置在沟槽内壁上的绝缘层。

优选的，所述的绝缘层为类型与外延层相反的单晶碳化硅。

优选的，所述的绝缘层为氧化硅层。

优选的，在所述的沟槽以及重掺杂区的上方设置有用于引出阳极的顶层金属层。

优选的，在所述的衬底下方设置有用于引出阴极的底层金属层。

与现有技术相比，本实用新型所具有的有益效果是：

由于本碳化硅二极管由于正向导通时因连接阳极与阴极均为相同类型的半导体材料，其电阻可随电压升高而导通，所以不存在常规二极管（如硅二极管、锗二极管、肖特基二极管）在导通时所存在的死区电压，当加载了正向电压之后，本碳化硅二极管立即导通，因此具有提高正向导通效率的优点，因此克服了传统的碳化硅二极管因开启电压高而开关效率较低且耗能高的缺陷。

当对本碳化硅二极管的施加反向电压时，由于电压反接，相邻两沟槽内的P型单晶碳化硅之间开始出现空乏区，随着电压的逐渐增大，当电压值上升到截止电压时，此时相邻两沟槽之间的空乏区相连接，将电流的通道截断，此时电流在阴极和阳极之间流通受到限制，所以本碳化硅二极管同时具有反向漏流小的优点。

附图说明

图1为高导通效率的碳化硅二极管实施例1结构示意图。

图2~图6为高导通效率的碳化硅二极管实施例1制造流程图。

图7为高导通效率的碳化硅二极管实施例2结构示意图。

图8~图10为高导通效率的碳化硅二极管实施例2部分制造流程图。

图11为高导通效率的碳化硅二极管实施例3结构示意图。

图12~图13为高导通效率的碳化硅二极管实施例3部分制造流程图。

其中：1、顶层金属层2、P型单晶碳化硅3、沟槽4、顶层N+型区5、N型外延层6、衬底7、底层金属层8、第一氧化硅层9、多晶硅10、P型单晶碳化硅层11、第二氧化硅层。

具体实施方式

图1~6是本实用新型的最佳实施例，下面结合附图1~13对本实用新型做进一步说明。

实施例1：

如图1所示，一种高导通效率的碳化硅二极管（以下简称碳化硅二极管），包括衬底6，衬底6上方为N型外延层5，在N型外延层5的上表面并排设置有若干沟槽3，沟槽3自N型外延层5的上表面向下伸入N型外延层5内部，在沟槽3的内部由P型单晶碳化硅2进行填充。

在相邻两沟槽3之间还设置有重掺杂形成的顶层N+型区4，顶层N+型区4位于N型外延层5的上端且与沟槽3上端平齐，通过重掺杂的顶层N+型区4可以实现良好的欧姆接触。在衬底6的下部以及沟槽3和顶层N+型区4的上部分别设置有底层金属层7和顶层金属层1，顶层金属层1同时将沟槽3中的P型单晶碳化硅2以及顶层N+型区4连接，在实际使用时，顶层金属层1作为本碳化硅二极管的阳极，底层金属层7作为本碳化硅二极管的阴极。