[发明专利]一种碳化硅功率二极管及其制作方法

说明书

本发明涉及半导体技术领域，公开一种碳化硅功率二极管及其制作方法，包括：碳化硅衬底；形成于碳化硅衬底一侧的N型碳化硅外延层，N型碳化硅外延层表面具有有源区以及围绕有源区的场限环终端区；有源区包括多个间隔设置的N型区以及位于相邻两个N型区之间的P+区；N型区的掺杂浓度高于N型碳化硅外延层的掺杂浓度；场限环终端区包括多个间隔设置的P+区；形成于至少一个N型区的第一肖特基接触金属；形成于N型碳化硅外延层的阳极金属层，阳极金属层包括阳极金属和第二肖特基接触金属，第一肖特基接触金属与N型区形成的接触势垒低于第二肖特基接触金属与N型区形成的接触势垒，用于降低碳化硅功率二极管的正向导通压降。

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，特别涉及一种碳化硅功率二极管及其制作方法。

背景技术

碳化硅(SiC)是第三代宽禁带半导体之一，具有宽带隙、高击穿电场、高热导率、耐高温、耐高压、抗辐射等优异物理特性，所以SiC功率器件非常适合于高温、高电压、高功率等电力电子应用系统，在电动汽车、光伏逆变、轨道交通、风能发电、电机驱动等应用领域具有广阔应用前景。

碳化硅结势垒肖特基二极管(SiC JBS)是一种常见碳化硅功率二极管，兼具了肖特基二极管(SBD)和PIN二极管的优点，具有低开启电压、低反向漏电、高开关频率等特性。SiC JBS的主要参数之一是正向导通压降(Vf)，会影响工作损耗。低导通压降有利于降低工作损耗，减少发热，降低电力系统散热要求。因此，如何降低碳化硅功率二极管的正向导通压降具有重要意义。

发明内容

本发明公开了一种碳化硅功率二极管及其制作方法，用于降低碳化硅功率二极管的正向导通压降。

为达到上述目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供一种碳化硅功率二极管，包括：

碳化硅衬底；

形成于所述碳化硅衬底一侧的N型碳化硅外延层，所述N型碳化硅外延层背离所述碳化硅衬底一侧的表面具有有源区以及围绕所述有源区的场限环终端区；所述有源区包括多个间隔设置的N型区以及位于相邻两个所述N型区之间的P+区；所述N型区的掺杂浓度高于所述N型碳化硅外延层的掺杂浓度；所述场限环终端区包括多个间隔设置的P+区；

形成于至少一个所述N型区背离所述碳化硅衬底一侧的第一肖特基接触金属；

形成于所述N型碳化硅外延层远离所述碳化硅衬底一侧的阳极金属层，所述阳极金属层包括阳极金属和第二肖特基接触金属，其中，所述第二肖特基接触金属覆盖所述有源区，所述阳极金属位于所述第二肖特基接触金属背离所述N型碳化硅外延层的一侧；所述第一肖特基接触金属与所述N型区形成的接触势垒低于所述第二肖特基接触金属与所述N型区形成的接触势垒。

上述碳化硅功率二极管中，碳化硅功率二极管包括碳化硅衬底、N型碳化硅外延层、有源区、场限环终端区、第一肖特基接触金属以及阳极金属层；碳化硅肖特基二极管的正向压降与外延层的掺杂浓度有关，外延层的掺杂浓度越高，电阻率越低，导通电阻越小，所以正向导通压降越低；本发明提供的碳化硅功率二极管中，N型碳化硅外延层背离碳化硅衬底一侧的掺杂浓度经过优化，表面掺杂浓度相对较高，或者通过氮离子注入优化N型碳化硅外延层的掺杂浓度，形成有源区的N型区，使处于表面的有源区掺杂浓度更高。另外，碳化硅肖特基二极管的正向压降以及反向漏电与肖特基金属接触势垒有关，接触势垒越低，正向压降越低，但反向漏电高；N型区背离碳化硅衬底一侧的第一肖特基接触金属与N型区形成的接触势垒低于第二肖特基接触金属与N型区形成的接触势垒，有源区采用两种不同势垒的肖特基接触金属混合结构，其中更低势垒的肖特基接触金属有利于进一步降低正向导通压降，高势垒的肖特基接触金属又不至于使反向漏电增大。

可选地，所述N型区的掺杂浓度比所述N型碳化硅外延层的掺杂浓度高10％～40％。

可选地，所述N型区的深度不超过1μm。