[发明专利]碳化硅器件终端结构及其制作方法

说明书

本发明涉及半导体技术领域，公开了一种碳化硅器件终端结构及其制作方法。该碳化硅器件终端结构包括N+型SiC衬底、第一N‑型外延层、第二N‑型外延层、第一P型主结、P型终端、第二P型主结、第一电极层和第二电极层，通过将P型终端置于第一N‑型外延层内部远离表面的位置，使得碳化硅器件反向偏置时峰值电场位于SiC材料内部，从而能够解决现有碳化硅器件终端结构容易发生表面击穿的问题，同时还能够降低对SiC和钝化介质界面质量的要求，提高了器件的可靠性。

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，特别是涉及碳化硅器件终端结构及其制作方法。

背景技术

碳化硅(SiC)属于宽禁带半导体材料，与目前半导体领域所广泛采用的硅(Si)相比，SiC材料的禁带宽度约为Si材料的3倍、电子饱和速率是Si材料的2倍、热导率是Si材料的2.5倍、峰值击穿电场是硅材料的10倍。因此，基于SiC材料制作的高压功率器件较传统的硅器件具有更优秀的电、热性能，可以满足更苛刻的应用环境。目前，600V-1700V的SiC二极管和金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)已经形成商业化产品，并且在电源、光伏发电、汽车电子等绿色能源产业得到了普遍认可和应用。

对于高压功率器件，为了提高器件耐压，必须采用适当的结终端技术来调节器件内部的电场分布、缓解器件表面的电场集中。常用的结终端技术有场限环、结终端扩展、场板和斜角终端等，这些终端结构通过扩散或者注入或者刻蚀填充等方法，在器件表面的边缘部分引入一个或多个P型掺杂区，在器件反向偏置时通过与N衬底相互耗尽来调节电场分布。

场限环、结终端扩展、场板和斜角等终端结构虽然通过调节电场分布，有效的缓解了电场集中；但是，器件发生击穿时，其峰值电场仍然在衬底材料表面或接近衬底材料表面的P-N结位置。尤其对于SiC器件，由于SiC材料内部碳原子和硅原子之间的Si-C键的键能远高于硅材料中Si-Si键的键能，因此对SiC材料实现深阱掺杂非常困难，SiC器件终端的P阱注入深度基本在1微米以内。此外，SiC表面与钝化介质的界面处的缺陷和界面电荷的浓度远高于SiC材料体内。这样，SiC器件反向偏置状态下，峰值电场所处的位置接近或处于表面位置时器件就会提前击穿，击穿时的峰值电场远低于SiC材料的峰值击穿电场，这对提高SiC器件的耐压是非常不利的。

发明内容

基于此，本发明提供一种碳化硅器件终端结构及其制作方法，用于解决现有碳化硅器件终端结构容易发生表面击穿的问题。

本发明实施例的第一方面提供一种碳化硅器件终端结构，包括：

N+型SiC衬底；

第一电极层，形成于N+型SiC衬底第一侧面上；

第一N-型外延层，形成于N+型SiC衬底第二侧面上；所述第一侧面与所述第二侧面为相对侧面；

P型终端和第一P型主结，均形成于第一N-型外延层中；

第二N-型外延层，形成于第一N-型外延层上；

第二P型主结，形成于第二N-型外延层中，且与第一P型主结共同构成终端结构的P型主结；

第二电极层，形成于第二P型主结上。

可选的，所述第二N-型外延层的层数为两层以上，P型终端形成于位于第一N-型外延层中。

可选的，该碳化硅器件终端结构还包括钝化介质层；

所述钝化介质层，形成于第二N-型外延层上除去第二电极层对应的区域上，或

所述钝化介质层，形成于第二电极层上除去需金属键合区域以外的芯片表面区域上。

可选的，所述钝化介质层为单层结构，包括氧化硅层、氮化硅层和聚酰亚胺层中的任一种。