[发明专利]高压SiC肖特基二极管的结终端结构及其制备方法

说明书

本发明公开了一种高压SiC肖特基二极管的结终端结构及其制备方法，包括第一金属电极层、N+型衬底、N‑型漂移区、N型沟道和N型保护环；相邻N型沟道之间的N‑型漂移区内设有源区P+型保护环，相邻N型保护环之间的N‑型漂移区内设有终端P+型保护环，相邻N型沟道和N型保护环之间设有过渡区，相邻的N型沟道之间、N型过渡区和N型保护环之间、相邻N型保护环之间都为沟槽；本发明同时形成有源区肖特基金属下的沟道区域和终端区嵌入钝化层的N型保护环结构，能够在重复雪崩、高温高压、长时间老化等极端应力下保持稳定的阻断电压而不发生漂移，且提高器件可靠性的同时不牺牲器件其他电学参数。

技术领域

本发明涉及半导体器件技术领域，特别是涉及高压SiC肖特基二极管整流器的结终端结构及其制备方法。

背景技术

碳化硅(Silicon Carbide，SiC)材料作为第三代宽禁带半导体材料的代表之一，基于SiC材料制作的高压功率器件较传统的硅器件具有优异的电、热性能，可以满足更苛刻的应用环境，被认为是大功率、高温及高频电力电子领域如电源、光伏发电、电动汽车、航天航空等最有潜力的材料。利用SiC材料制备的高压肖特基二极管属于多数载流子器件，无额外载流子的注入和储存、开关速度快、开关损耗小，目前，基于SiC材料的大功率结势垒肖特基二极管已广泛应用于DC-DC变换器、功率因数校正、不间断电源、电机控制等领域。虽然功率SiC肖特基二极管由于其优越的性能而得到学术界的肯定，在当前市场上也有很高的商业价值，但是要使功率4H-SiC JBS真正在电子系统中得到广泛的应用，必须对器件的可靠性进行进一步提升。

基于应用环境，SiC功率器件往往被要求具有比Si功率器件更高的可靠性，其中维持电学参数的稳定性是提升功率器件可靠性的重要方面。对于高压SiC功率器件，终端结构是实现高击穿电压的重要保障，目前业界普遍采用的场限环结构工艺简单、效率高，且相对于其他终端结构具有最高的可靠性，但在极端环境应力下仍被发现有明显退化现象。近年来，SiC肖特基二极管在正反向应力、重复雪崩、高低温储存、HAST老化条件等环境应力下的可靠性问题得到了广泛关注和研究，其中高温高压环境如重复雪崩、高温反偏、高温存储等被报道具有相似的击穿电压漂移现象，并被认为具有相同的退化机制，即SiC衬底的热载流子进入SiC/SiO₂界面改变有效界面电荷密度，引起SiC肖特基二极管击穿电压的漂移。为了抑制这一现象，研究者们提出了增加环数缩减环间距、制作埋层结构、改变终端钝化层介质等措施，但这些方案又会引入新的弊端，不能从根本上提高SiC肖特基二极管在极端环境应力下的可靠性。

针对上诉应用需要，本发明提出了一种抑制击穿电压漂移的高压SiC肖特基二极管的结终端及其制作方法，根据高电压及高温度应力下热电子发射并通过场限环之间的间隔区域注入SiC/SiO₂界面使终端开始退化这一机制，在场限环之间的间隔区域设置N型保护环，增大SiC衬底和SiO₂介质间势垒使电子跨越难度加大，从而抑制热电子的注入。由于N型保护环在场限环结构上方，不改变漂移区电场分布，不会降低场限环对电场的调制效果。此外，终端区的N型保护环和有源区的N型沟道能够在同一步工艺完成，不额外增加工艺步骤。综上，本结构能够在多种极端环境应力下保持稳定的反向阻断电压，具有高可靠性和低工艺复杂度。

发明内容