[发明专利]一种碳化硅功率器件结终端结构及其制备方法

说明书

本发明公开了一种碳化硅功率器件结终端结构及其制备方法，属于碳化硅功率器件的技术领域，该碳化硅功率器件结终端结构将隔离环的全部或者部分做成为变深度注入的倾斜坡面，倾斜坡面为从内向外逐渐变浅，该结构设计能够缓解以至于几乎消除了电力线聚集的问题，且结终端结构的占用的面积最小，同时，对应的制备方法中提出的利用两层具有不同湿法刻蚀速率的材料实现变厚度介质的方法，利用二者湿法刻蚀材料在湿法刻蚀速率的差别，形成角度可控的倾斜坡面，进而实现结终端结构的P型区进行变深度注入。

技术领域

本发明属于碳化硅功率器件的技术领域，具体而言，涉及一种碳化硅功率器件结终端结构及其制备方法。

背景技术

碳化硅是一种新的半导体材料，和之前的硅以及砷化镓等主要半导体材料相比，具有禁带宽度大、电场强度高、导热性好等特点，特别适合高压（大于600V)高频功率器件（二极管和三极管）的，近年来得到了广泛的应用。

对于任何承受相当电压的器件，其局部最大场强都要控制在局部材料能够承受的最大场强之下，并需要留出相当的裕量。在很多情况下，由于几何特征导致的电力线密集，器件各部分的场强最大值都出现在所谓的器件边角处。因此需要在器件设计的时候做特殊的考量。这也就是所谓的边缘保护。

如图1所示，其是一个典型的功率器件示意图，其中A区域是所谓工作区（亦称源区，通流区），B称为隔离环，将器件的工作区A和外围隔离开来，其主要隔离机制是形成一个PN结。在碳化硅功率器件的情形，由于一般的工作载流子采用迁移率较高的电子，所以B隔离环主要是通过注入形成P型材料，隔离环的宽度一般为几十微米。由于角部（D点）的电力线密集更甚于边缘（C点），因此D处需要圆弧化，以便使其局部最大场强接近C点。

如图2所示，其是图1在C点附近的剖面图。其中由于电力线聚集的原因，C处的电场强度高于B处。在器件承受电压时，C处的材料首先出现雪崩击穿。需要采取措施，抑制C处的电场强度，该设计则称为结终端保护设计。

目前是常见的结终端保护设计及其优缺点，如下：

（1）场限环：是目前最流行的结终端保护方式，见图3所示，其为场限环的剖面示意图，其中环的数目和环区域所占的面积都随电压升高而增加，对于650V耐压器件，场限环区域长度大致有几十微米。

优点：可连同工作区（亦称源区，通流区）一次光刻，一次注入完成，工艺简单；其实现的耐压以及瞬时反向过载（雪崩）能力比较稳定，对局部表面状况以及其他一些不易控制的工艺变动不是特别敏感。

缺点：需要比较精密的光刻设备和工艺；占据的面积较大；对干刻工艺（侧壁轮廓和角度）要求较高。

（2）场板：广泛应用在局部电场强度比较低的硅功率器件中，对于局部电场强度较高的碳化硅器件，应用较少，其原因是效果有限，且有介质的可靠性问题。

（3）台阶：对光刻设备要求不高，但需要单独的光刻步骤以及比较困难的碳化硅干刻步骤。

（4）结终端扩展（JTE）：占据的面积比较小，对光刻设备的要求不高；但是受工艺波动（表面状况，激活退火效果）的影响较大，需要单独的光刻和注入步骤，如果为了提高保护效果，减少占用面积，还可能需要多次光刻和注入。如图4所示，其为结终端扩展设计的剖面示意图，其中，显示了两个注入浓度（用浓度表达）依次变低的结终端扩展。

在实际的器件中，可以单独或者结合使用上述的结构进行终端保护设计，但存在明显的设计缺陷，亟待开发改进，以节约芯片面积和成本。

发明内容

鉴于此，为了解决现有技术存在的上述问题，本发明的目的在于提供一种碳化硅功率器件结终端结构及其制备方法以达到通过变厚度的离子注入掩膜，从而实现变深度结终端注入，以在控制工艺复杂度和成本的情况下，节约芯片面积和成本的目的。