[发明专利]功率整流器件和其制造方法及其相关半导体产品

说明书

本发明涉及功率整流器件和其制造方法及其相关半导体产品。该功率整流器件包括含有碳化硅的漂移层（110），设置在漂移层上的肖特基电极（120），肖特基电极和漂移层的表面提供肖特基接触（130），其中漂移层具有平面化的表面，使得漂移层表面的任何坑（140）的深度近似小于D_max=E_b/F_a，其中E_b是金属‑半导体势垒高度，以及F_a是雪崩击穿场。本发明是有利的，因为其提供了具有改善平滑度的（漂移层的）表面的功率整流器件，以及制造具有降低泄漏电流的功率整流器件的方法。

技术领域

本发明涉及高功率半导体器件的技术领域，尤其涉及基于高功率碳化硅(SiC)的器件，如SiC肖特基势垒功率整流器件(电源整流器件，power rectifier device)以及制造这类功率整流器件的方法。

背景技术

碳化硅肖特基势垒器件是具有比常规的硅器件更低功率损耗的高性能功率器件，并且可以以更高的开关频率(switching frequency)操作。SiC显示出具有高击穿电场、高热传导性和高饱和电子漂移速度的优点。SiC是一种宽带隙半导体，并且可有利地用于制造低功率损耗转换应用的器件，例如整流器。

通常，功率整流器件可以由外延生长的SiC层制造。由于位错缺陷，如生长坑(pit，凹坑)、小丘(异常析出，hillock)和生长台阶，外延的SiC层通常表现出若干不规则。这样的形态缺陷会导致电场集中区域，增加了电子从肖特基金属隧穿到SiC漂移层的可能性，从而增加了在高阻塞电压(闭锁电压，blocking voltage)时的泄漏电流。由于硅和碳沿晶片表面的扩散，功率整流器件的制造过程的高温阶段，像是例如注入退火(implant anneal)，还会导致表面粗糙化。

电场集中的图案取决于表面不规则的形态。与沿外延生长方向的深度相比具有相对较窄宽度的针形坑可以导致例如电场的高度局部集中。另一方面，具有相对较大的横向延伸的浅坑可以导致较小程度的电场集中。坑的曲率半径和深度、所施加的电压以及掺杂SiC层的厚度是可以影响功率整流器件泄漏电流的参数的例子。

因此，提供漂移层的表面具有改善的平滑度的功率整流器件以及相应的制造方法将是所期望的。

发明内容

本发明的至少一些实施方式的目的是至少缓解上述现有技术的上述缺陷中的至少一些，并且提供现有技术的改善替代。

一般来说，本发明的目的是提供高电压功率转换半导体器件，具体是具有改善平滑度的(漂移层)表面的SiC肖特基势垒功率整流器件。进一步，本发明的目的是提供制造具有降低泄漏电流的功率整流器件的方法是。

本发明的这些和其他目的通过具有在本发明中定义的特征的功率整流器件和方法实现。通过本发明的示例性实施方式实现本发明的其它目的。

因此，根据本发明的第一方面，提供了功率整流器件。功率整流器件包括漂移层，该漂移层包括碳化硅和设置在漂移层上的肖特基电极。漂移层和肖特基电极提供肖特基接触，其中漂移层具有平面化的表面，使得漂移层表面的任何坑的深度近似小于D_max＝E_b/F_a，其中E_b是金属-半导体能量势垒高度，以及F_a是雪崩击穿场。

根据本发明的第二方面，提供了制造功率整流器件的方法。该方法包括以下步骤：形成包括SiC的漂移层，在漂移层表面上形成牺牲层，将在牺牲层中获得的形态(或结构)转移至漂移层的表面，以及在漂移层上形成肖特基电极，其中肖特基电极和漂移层的表面提供肖特基接触。

本发明确信，通过消除具有特定深度的坑，可以获得凹坑(pitting)对功率整流器件击穿性能可忽略的(或至少降低的)影响。合适的坑的最大深度可以被限定为金属-半导体势垒能量高度与雪崩击穿场之间的比率。