[发明专利]场限环结构的4H-SiC PiN/肖特基二极管制作方法

说明书

技术领域

本发明属于微电子器件技术领域，特别是涉及一种二极管结构及其制作方法，可用于大功率整流器及PFC电路的使用。

背景技术

SiC材料作为第三代半导体材料，相对于以Si为代表的第一代半导体材料和以GaAs为代表的第二代半导体材料具有相当多的优势，由于其具有较大的禁带宽度，可在更高温度下工作，同时有助于大功率器件的制备，大的载流子饱和漂移速度和迁移率，为器件的响应速度提供了良好的基础。目前，SiC器件的研制已经成为半导体器件电路领域的研究热点。

在功率系统中，一个好的整流器需要小开启电压、大导通电流、低漏电流，高击穿电压以及高开关速度，而同时具有这些特点是我们追求的最理想目标。二极管和肖特基二极管SBD是最常用的两种功率整流器。单极型的肖特基二极管SBD比双极型的PiN二极管有更快的开关速度，然而，肖特基二极管的反向漏电流大、击穿电压低，并不适合高压应用，所以PiN二极管是最早应用于高压系统的合理选择。正向导通时存储在漂移区的大量电荷引起的长反向恢复时间是限制PiN速度的主要因素，虽然可以通过减少漂移区的少子寿命来提高PiN的速度，但这会造成正向压降和反向漏电流的增加。

如果有一种器件能够同时具备PiN和SBD的优点，即具有SBD的小开启电压、大导通电流、快开关速度，又具有PiN的低漏电流、高击穿电压，这将是最好的选择。为此，学者Wiliamovski和Baliga为了提高肖特基二极管的反向阻断特性而首先使用了JBS(Junction Barrier Schottky)的概念；Baliga为了改善高压硅整流器的正向和反向特性而提出了MPS(Merged PiN/Schotky)结构，将PN结集成在肖特基结构中，当MPS反偏时，PN结形成的耗尽区将会向沟道区扩散，在一定反偏电压下，耗尽区就会连通，从而在沟道区形成一个势垒使耗尽层随着反向偏压的增加向N⁺衬底方向扩展。这个耗尽区将肖特基界面屏蔽于高场之外，避免了肖特基势垒降低效应，使反向漏电流大大减小。MPS的正向特性类似SBD，只是电流密度由于P型区的原因而略小，而反向特性则更像PiN二极管。另外，采用MPS结构可灵活地选择势垒低的金属作为肖特基接触，不用担心反向漏电流会增加。

理想的器件击穿电压是指PN结为平行平面结的情况，由于没有考虑结终端效应的影响，这时器件的击穿电压仅由掺杂浓度和衬底厚度等器件参数决定。但是，由于实际器件的情况，以及生产工艺流程中某些因素的影响，使得实际器件的击穿电压要低于理想平行平面结的击穿电压。对于实际的器件，为达到理想的设计必须考虑结终端效应，如果结终端设计的不好，器件的击穿电压可能仅为理想情况的10～20％。

随着对结终端的大量深入的研究产生了许许多多新颖的结终端的设计方法。对于早期的功率整流器和晶闸管，由于芯片面积比较大，所以往往通过斜角法或者化学刻蚀把它们做成台面结的形状，减小表面电场强度，从而使击穿发生于体内。随着平面工艺的出现，平面结终端技术因为工艺简单，易于与平面工艺兼容等原因得到了越来越广泛的应用，其中主要包括：结终端扩展、场限环技术和场板技术。其中场限环技术和场板技术是使用最为广泛的终端技术。

在4H-SiC MPS器件的制作中，以往的实例大多采用MJTE(Multiple JunctionTermination Extension)形式的边界终端，但是由于制作MJTE的工艺步骤中存在多次的台阶刻蚀工艺，因而会增加工艺的难度，同时增加成本。国外也有实例采用场限环结构作为边界终端，但在其制作过程中没有针对P型欧姆接触提供相应的制作方法，而是在制作完金属极后近似认为已经形成了P型欧姆接触，这种制作方法所近似形成的欧姆接触会导致反向电压降有部分损失在P型欧姆接触上，导致耗尽层不能很好的穿通，从而引起反向电流的增加，影响MPS器件的性能。

发明内容

本发明目的在于针对上述已有技术的不足，提供了一个场限环结构的4H-SiC PiN/肖特基二极管制作方法，以降低反向电流，提高MPS器件的性能。

为实现上述目的，本发明提供的场限环结构的4H-SiC PiN/肖特基二极管制作方法，包括以下步骤：

(1)对4H-SiC衬底进行预处理，并在该4H-SiC衬底正面生长N^-外延层；