[发明专利]一种SiC耐高压抗浪涌pn结单极二极管

说明书

本发明公开的一种SiC耐高压抗浪涌pn结单极二极管，包括材料为n型SiC的衬底，衬底一面依次外延有缓冲层、漂移区、沟道扩展区，沟道扩展区上开设多个剖面呈矩形的阳极沟槽，每个阳极沟槽侧壁和底端均外延p+结区，沟道扩展区上最高面外延p型接触区，p+结区、p型接触区上覆盖连接欧姆接触阳极，衬底另一面覆盖连接欧姆接触阴极；本发明一种SiC耐高压抗浪涌pn结单极二极管通过在沟道区与阳极之间设置超薄p型接触区，避免了传统碳化硅单极二极管需要同时兼顾阳极与p型、n型碳化硅之间的接触问题，简化了电极制作工艺，降低了器件工艺的复杂度，提高了器件的可行性。

技术领域

本发明属于半导体器件技术领域，具体涉及一种SiC耐高压抗浪涌pn结单极二极管。

背景技术

碳化硅(SiC)材料具有禁带宽度大，热导率高，临界雪崩击穿电场强度高，饱和载流子漂移速度大，热稳定性好等特点，是制造功率半导体器件的理想材料。SiC高压器件与同等级的硅器件相比，具有更低的通态压降、更高的工作频率、更低的功耗、更小的体积以及更好的热特性，更适合应用于电力电子电路。

SiC功率肖特基二极管(SBD)作为最早实现商品化的SiC单极型功率器件，兼具了通态压降低与快反向恢复速度的优势，适合作为续流二极管与Si基IGBT等开关器件组成混合Si-SiC电力电子电路，降低开关损耗。随应用电路电压的提高，耐压性能良好的SiC结势垒肖特基二极管(JBS)成为主流。由于通态时器件中无电导调制，SiC JBS二极管保持了良好的反向恢复特性，但这也使高压SiC JBS二极管难以获得高的电流密度，不利于降低器件的通态损耗。硅基混合pn-肖特基势垒(MPS)二极管可以通过调节额外载流子的注入率，使器件的压降与反向恢复时间得到较好的兼顾。但SiC pn结的门槛电压明显高于SiC MPS二极管所使用的肖特基势垒，电导调制效应只能在器件遭受浪涌冲击时起作用，且注入空穴所需的门槛电压较高。于此同时，由于SiC JBS二极管及SiC MPS二极管阳极金半接触高温性能较差，二者均难以承受较高的工作温度，大大限制了SiC材料高温性能的发挥。

发明内容

本发明的目的是提供一种SiC耐高压抗浪涌pn结单极二极管，解决了现有SiC单极二极管抗浪涌性能差的问题。

本发明所采用的技术方案是，一种SiC耐高压抗浪涌pn结单极二极管，包括材料为n型SiC的衬底，衬底一面依次外延有缓冲层、漂移区、沟道扩展区，沟道扩展区上开设多个剖面呈矩形的阳极沟槽，每个阳极沟槽侧壁和底端均外延p+结区，沟道扩展区上最高面外延p型接触区，p+结区、p型接触区上覆盖连接欧姆接触阳极，衬底另一面覆盖连接欧姆接触阴极。

本发明的特点还在于：

衬底厚度为5.0μm～500μm。

缓冲层掺杂浓度为5×10¹⁷cm^-3～1×10¹⁹cm^-3，厚度为0.5μm～1.0μm。

漂移区掺杂浓度为1×10¹⁴cm^-3～1×10¹⁷cm^-3，厚度为5.0μm～200μm。

沟道扩展区厚度为0.5μm～3.5μm，沟道扩展区掺杂浓度由上表面至下表面渐变，且上表面的掺杂浓度不低于下表面的掺杂浓度，上表面掺杂浓度为2×10¹⁴cm^-3～1×10¹⁸cm^-3，下表面的掺杂浓度为1×10¹⁴cm^-3～2×10¹⁶cm^-3。

p+结区掺杂浓度为1×10¹⁸cm^-3～2×10¹⁹cm^-3，结深为0.3μm～0.8μm。