[发明专利]一种新型碳化硅小角度倾斜台面终端结构及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种可应用于碳化硅大尺寸高压器件的新型碳化硅小角度倾斜台面终端结构及其制备方法，属于半导体电力电子器件技术领域。

背景技术

以碳化硅（SiC）材料为代表的宽禁带半导体材料是近年来在国内外都广受重视和被重点发展的新型第三代半导体材料，具有禁带宽度大、电子饱和漂移速度高、临界击穿场强大、抗辐照及高工作温度等特点，目前SiC材料的外延生长技术在宽禁带半导体材料中是相对发展较为成熟的，其非常适合用来制备各类性能优良的功率电子器件。

作为宽禁带半导体的SiC材料与传统的硅材料相比，由于SiC的击穿场强是Si的几乎十倍，这意味着制备相同电压等级的功率器件，采用SiC材料的器件其承受电压的漂移层厚度将远小于Si基器件，这一方面可以大幅缩减器件的重量体积，另一方面也将显著改善器件的正向导通电阻，从而显著降低器件的功率损耗。除去体积与功耗的改进以外，SiC材料制备的器件能在更高的温度下工作并且热导率也更高，这将显著降低器件对散热系统的要求，从而进一步降低系统整体的体积与重量。除此之外，SiC材料的抗辐照能力也比Si材料更强，其严酷环境适应性更为优良。

正是由于SiC材料相对于Si材料的诸多显著优势，又由于近年来SiC材料外延技术也不断走向成熟，四英寸的SiC外延片已经商用，因而基于SiC材料的各类型功率器件也相继的被开发出来。诸多类型的SiC功率器件在科研及产业领域都是关注的热点，目前已有报道的基于SiC材料的功率器件包括：整流器件的PIN、SBD以及JBS；开关器件的MOSFET、JFET、BJT、IGBT以及GTO。其中SiC肖特基二极管（SBD）已经在光伏发电领域被用来和硅基IGBT组成混合功率模块而得到了广泛应用。目前基于SiC材料的功率开关器件的研发一直是学术及产业热点。其中碳化硅的晶闸管（Thyristor）器件在超大功率的开关应用场景中，例如高压直流输电（HVDC）、超大电流电解、脉冲功率应用中，以其耐压高、正向导通压降小、通态功耗低而相较于其他类型功率开关器件具有较大优势，目前对碳化硅晶闸管的研究大多集中在门极可关断晶闸管GTO（Gate Turn-Off Thyristor）器件上。

和其他的高压器件对终端结构有着严苛的要求类似，对于门极可关断晶闸管器件GTO来说，一个可靠的终端结构（termination）设计与实现是GTO器件能够获得较高的阻断电压的关键，而这一终端结构的要求对于基于SiC半导体材料的GTO器件来说实现起来却并不容易，这是因为一方面SiC半导体的临界击穿场强远远高于常规的Si基或GaAs基半导体，另一方面SiC的器件加工工艺技术却远远落后于Si基器件的工艺技术，许多在Si基功率器件制备过程中较为成熟的终端结构目前还无法在SiC半导体材料中实现。例如：常用的保护环和结终端扩展（JTE）结构都依赖于有效的离子注入或扩散技术，而目前扩散掺杂方法还无法在SiC半导体中实现；离子注入掺杂虽然已经在SiC器件工艺中得到应用，但其离子注入过程需要在高温条件下进行，且后续还需要极高温度的后退火处理进行杂质的激活，工艺的成熟度远远不及Si材料。