[发明专利]具有双金属的沟槽式浮动结碳化硅SBD器件

说明书

技术领域

本发明涉及微电子技术领域，尤其涉及一种具有双金属的沟槽式浮动结碳化硅SBD器件。

背景技术

半导体材料在过去几十年发生了巨大的飞跃，宽禁带半导体材料是以碳化硅、氮化镓等材料为代表的第三代半导体材料，在这其中尤其以碳化硅材料著称，碳化硅材料在二十世纪八九十年代就开始走入人们的研究视线，并且尤以近十几年出现飞速的发展。碳化硅技术逐渐趋于成熟，步入市场，很多碳化硅技术都已经产业化。碳化硅材料比Si具有更优良的电学性能，这使它十分适合于高压、大功率以及高频等领域。而它的发展步伐已经超过其他宽禁带半导体，比其他宽禁带半导体有更广泛的应用。

SiC材料禁带宽度大，可达到3eV以上。临界击穿电场可达到2MV/cm以上，比。SiC材料热导率高(4.9W/cm.K左右)，并且器件耐高温，比Si更适合于大电流器件。SiC载流子寿命短，只有几纳秒到几百纳秒。SiC材料的抗辐照特性也十分优秀，辐射引入的电子-空穴对比Si材料要少得多。因此，SiC优良的物理特性使得SiC器件在航空航天电子，高温辐射恶劣环境、军用电子无线通信、雷达、汽车电子、大功率相控阵雷、射频RF等领域有广泛的应用，并且在未来的新能源领域有极其良好的应用前景。

浮动结结构可以将相同掺杂浓度下的器件的击穿电压提高近一倍，SiC浮动结器件已经在实验室由T Hatakeyama等人首次制造成功。肖特基二极管中由于其低压降和大电流在功率器件中被广泛应用。为了实现更大的电流，90年代就有人提出了SiC沟槽式的肖特基二极管(TSBD)。沟槽式的肖特基二极管大大增加了肖特基接触的面积，实现了更低的压降和更大的电流。

但是浮动结碳化硅肖特基二极管(SiC FJ-SBD)，在器件的外延层中引入的埋层，变窄了正向导通电流的导电沟道，器件的正向导通电流变小。而沟槽式SiC SBD的沟槽拐角处导致了器件在反向电压的作用下引入峰值电场，降低了器件的击穿电压，同时峰值电场的引入使以势垒降低效应、场发射模型和热场发射模型机制为主的SiC SBD反向漏电流增大，势垒越低，电场越大，反向漏电流越高。

鉴于上述缺陷，本发明创作者经过长时间的研究和实践终于获得了本创作。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有双金属的沟槽式浮动结碳化硅SBD器件，用以克服上述技术缺陷。

为实现上述目的，本发明提供一种具有双金属的沟槽式浮动结碳化硅SBD器件，其包括低势垒金属、高势垒金属、SiO₂隔离介质、沟槽、一次N^-外延层、P⁺离子注入区、二次N^-外延层、N⁺衬底区和欧姆接触区，

所述P+离子注入区处于二次N^-外延层的表面，沟槽与P⁺离子注入区上下对齐，形状相同，所述的高势垒金属处于器件表面的沟槽区，所述的低势垒金属处于器件表面的非沟槽区。

进一步，所述沟槽与P⁺离子注入区形状相同，面积相等，且沟槽与此沟槽下方的块状P⁺离子注入区的边缘对齐。

进一步，所述高势垒金属形成的肖特基接触处于器件表面的沟槽区，低势垒金属形成的肖特基接触处于器件表面的非沟槽区。

进一步，所述沟槽的深度为1～3μm。

进一步，P⁺离子注入区的掺杂浓度为1x10¹⁷cm^-3～1x10¹⁹cm^-3，厚度为0.4～0.6μm。

进一步，所述N^-外延层最上端到底面的厚度为20μm，其中掺杂浓度为1x10¹⁵cm^-3～1x10¹⁶cm^-3，一次N^-外延层的厚度为5～15μm。

与现有技术相比较本发明的有益效果在于：本发明双金属的沟槽式浮动结碳化硅SBD器件，该器件既有沟槽式碳化硅SBD肖特基接触面积大，正向导通电流大的优点，又有浮动结碳化硅SBD击穿电压大的优点。

本发明提供的器件引入了双金属结构，反向偏压下，沟槽处峰值电场由高势垒肖特基接触承担，反向漏电流更低。

本发明提供的器件具有开关时间短、耐高温、抗辐射能力强等优点，可广泛应用于电力电子领域。

附图说明

图1a为本发明具有双金属的沟槽式浮动结碳化硅SBD器件的剖面示意图；