[发明专利]具有阶梯形结构的JBS两级管器件结构及其制造方法

说明书

本发明涉及一种具有阶梯形结构的JBS两级管器件结构及其制造方法，在第一导电类型重掺杂衬底上设第一导电类型外延层，在第一导电类型外延层上表面内设呈阶梯形结构的第二导电类型体区，第二导电类型体区的宽度从下往上呈逐层增大设置，在第一导电类型外延层与第二导电类型体区的上表面设有氧化层与肖特基金属层，在肖特基金属层和氧化层的左端结合界面下方以及右端结合界面下方均设有一个第二导电类型体区，在肖特基金属层和氧化层的左右两端结合界面之间还至少设有一个第二导电类型体区，在衬底的下表面设有欧姆金属层。本发明可以达到提高器件耐压能力、降低反偏电压时的漏电电流、增强抗浪涌能力，进一步优化器件的可靠性。

技术领域

本发明涉及两级管器件技术领域，具体地说是一种具有阶梯形结构的JBS（结势垒肖特基）两级管器件结构及其制造方法。

背景技术

处于第三代宽禁带半导体材料领域的碳化硅化合物，由于其独特的耐高压，耐高温，高热传导系数，非常适合高压大功率器件市场应用。2001年全球第一颗600V碳化硅肖特基两级管SBD（Schottky Barrier Diode，肖特基势垒两级管）正式商用化之后，碳化硅肖特基两级管器件优异的电参数特性，已经给功率因数改善（power factor correction），光伏逆变器，交流到直流电源转换电路，新能源汽车等领域带来了全新的终端应用。但是第一代平面碳化硅肖特基两级管有两个主要问题，第一个问题是碳化硅肖特基两级管器件表面电场强度大约是硅材料器件的8到10倍，在高温反偏电压操作时，肖特基金属层和碳化硅材料接触面之间的隧道（tunneling）效应和纳米洞（nano pit）缺陷都会扩大漏电电流，造成对器件可靠性的疑虑；第二个问题是第一代的平面碳化硅肖特基两级管由于芯片面积只有同样规格硅基器件的1/3，其抗浪涌能力也远小于硅基材料的肖特基两级管，这也对大电流大功率的应用带来不少困扰。

发明内容

本发明的目的之一是克服现有技术中存在的不足，提供一种能降低表面电场强度、减少漏电电流和提高抗浪涌能力的肖特基两级管器件结构。

本发明的另一目的是提供一种具有阶梯形结构的JBS两级管器件结构的制造方法。

按照本发明提供的技术方案，所述具有阶梯形结构的JBS两级管器件结构，包括平面型肖特基金属区和氧化层保护区，平面型肖特基金属区位于器件的中心区；所述平面型肖特基金属区包括半导体基板，半导体基板包括第一导电类型重掺杂衬底及位于第一导电类型重掺杂衬底的上表面的第一导电类型外延层，在第一导电类型外延层的上表面内设有呈阶梯形结构的第二导电类型体区，第二导电类型体区的宽度从下往上呈逐层增大设置，每个第二导电类型体区均由第二导电类型材料构成，在第一导电类型外延层与第二导电类型体区的上表面设有氧化层与肖特基金属层，氧化层包围肖特基金属层，在肖特基金属层和氧化层的左端结合界面下方以及右端结合界面下方均设有一个第二导电类型体区，在肖特基金属层和氧化层的左右两端结合界面之间还至少设有一个第二导电类型体区，在第一导电类型重掺杂衬底的下表面设有欧姆金属层；所述肖特基金属层作为器件的阳极，欧姆金属层作为器件的阴极。

作为优选，所述第一导电类型重掺杂衬底与第一导电类型外延层为N型导电，第二导电类型体区与第二导电类型材料为P型导电材料。

作为优选，所述肖特基金属层为平面型，且肖特基金属层的厚度为100–1000Å。

作为优选，所述氧化层位于芯片周围，包围并且保护第一导电类型外延层和位于器件中间的肖特基金属层。

作为优选，位于最左侧和最右侧的第二导电类型体区作为保护器件的终端外环。

作为优选，所述第一导电类型重掺杂衬底和第一导电类型外延层均为碳化硅材质。

作为优选，所述肖特基金属层的厚度小于氧化层的厚度。

作为优选，所述欧姆金属层的材质为Ti/Ni/Ag合金或者Ti/Ni/Al合金。