[发明专利]沟槽碳化硅JBS两级管器件结构及其制造方法

说明书

本发明涉及一种沟槽碳化硅JBS两级管器件结构及其制造方法，包括第一导电类型重掺杂衬底与碳化硅外延体区、第二导电类型体区与材料、沟槽、肖特基金属层与欧姆金属层；第一导电类型碳化硅外延体区的上表层设有多个沟槽，在沟槽的侧面、底面以及第一导电类型碳化硅外延体区的上表层设有肖特基金属层，在对应沟槽底面位置的第一导电类型碳化硅外延体区内设有阶梯形结构的第二导电类型体区，且在从下往上的方向上，第二导电类型体区的宽度呈逐级增大设置。本发明具有更低的器件顺向导通电压、更高的器件耐压、更低的漏电电流、更好的抗浪涌能力与更好的可靠特性。

技术领域

本发明属于第三代宽禁带半导体材料碳化硅肖特基两级管技术领域，具体地说是一种沟槽碳化硅JBS两级管器件结构及其制造方法。

背景技术

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。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电路, 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市场。但是第一代平面型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，对器件应用造成可靠性的疑虑；第二个问题是平面型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的应用领域带来不少困扰。

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，提供一种可以提高击穿电压、降低开关损耗并增强抗浪涌能力的沟槽碳化硅JBS两级管器件结构。

本发明的另一目的是提供一种沟槽碳化硅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，所述沟槽碳化硅JBS两级管器件结构，包括第一导电类型重掺杂衬底、第一导电类型碳化硅外延体区、第二导电类型体区、第二导电类型材料、沟槽、肖特基金属层与欧姆金属层；

此器件包括一个沟槽肖特基金属层区，沟槽肖特基金属区位于器件的中心区，沟槽肖特基金属区包括半导体基板；所述半导体基板包括第一导电类型重掺杂碳化硅衬底及位于第一导电类型重掺杂衬底上表面的第一导电类型碳化硅外延体区，第一导电类型重掺杂衬底的表面设有低接触电阻的欧姆金属层，欧姆金属层作为器件的阴极；

所述第一导电类型碳化硅外延体区的上表层设有多个沟槽，在沟槽的侧面、底面以及第一导电类型碳化硅外延体区的上表层设有肖特基金属层，肖特基金属层作为器件的阳极，在对应沟槽底面位置的第一导电类型碳化硅外延体区内设有阶梯形结构的第二导电类型体区，第二导电类型体区是经由多次热离子注入第二导电类型材料所形成的阶梯形结构，且在从下往上的方向上，第二导电类型体区的宽度呈逐级增大设置。

作为优选，在第一导电类型碳化硅外延体区的上表层上方的肖特基金属层的厚度为 100–1000 Å。

作为优选，所述第一导电类型重掺杂衬底与第一导电类型碳化硅外延体区为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。

作为优选，所述第二导电类型材料的材质为硼或铝。

作为优选，所述肖特基金属层的材质为Ti或者Ni。

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。

一种沟槽碳化硅JBS两级管器件结构的制造方法包括以下步骤：

步骤一.提供第一导电类型碳化硅重掺杂衬底，在第一导电类型碳化硅重掺杂衬底的上表面生长第一导电类型碳化硅外延体区，第一导电类型碳化硅外延体区的上表面为第一主面，第一导电类型碳化硅重掺杂衬底的下表面为第二主面；