本發(fā)明屬于功率半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種碳化硅功率二極管器件及其制作方法。

背景技術(shù)：

功率器件及其模塊為實(shí)現(xiàn)多種形式電能之間轉(zhuǎn)換提供了有效的途徑，在國(guó)防建設(shè)、交通運(yùn)輸、工業(yè)生產(chǎn)、醫(yī)療衛(wèi)生等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。自上世紀(jì)50年代第一款功率器件應(yīng)用以來(lái)，每一代功率器件的推出，都使得能源更為高效地轉(zhuǎn)換和使用。

傳統(tǒng)功率器件及模塊由硅基功率器件主導(dǎo)，主要以晶閘管、功率pin器件、功率雙極結(jié)型器件、功率mosfet以及絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)晶體管等器件為主，在全功率范圍內(nèi)均得到了廣泛的應(yīng)用，以其悠久歷史、十分成熟的設(shè)計(jì)技術(shù)和工藝技術(shù)占領(lǐng)了功率半導(dǎo)體器件的主導(dǎo)市場(chǎng)。然而，隨著功率半導(dǎo)體技術(shù)發(fā)展的日漸成熟，硅基功率器件其特性已逐漸逼近其理論極限。研究人員在硅基功率器件狹窄的優(yōu)化空間中努力尋求更佳參數(shù)的同時(shí)，也注意到了sic、gan等第三代寬帶隙半導(dǎo)體材料在大功率、高頻率、耐高溫、抗輻射等領(lǐng)域中優(yōu)異的材料特性。

碳化硅(sic)材料憑借其優(yōu)良的性能成為了國(guó)際上功率半導(dǎo)體器件的研究熱點(diǎn)。碳化硅(sic)相比傳統(tǒng)的硅材料具有禁帶寬度大、擊穿場(chǎng)強(qiáng)高、熱導(dǎo)率高等優(yōu)勢(shì)。禁帶寬度大使碳化硅的本征載流子濃度低，從而減小了器件的反向電流；高的擊穿場(chǎng)強(qiáng)可以大大提高功率器件的反向擊穿電壓，并且可以降低器件導(dǎo)通時(shí)的電阻；高熱導(dǎo)率可以大大提高器件可以工作的最高工作溫度；并且在眾多高功率應(yīng)用場(chǎng)合，比如：高速鐵路、混合動(dòng)力汽車(chē)、智能高壓直流輸電等領(lǐng)域，碳化硅基器件均被賦予了很高的期望。同時(shí)，碳化硅功率器件能夠有效降低功率損耗，故此被譽(yù)為帶動(dòng)“新能源革命”的“綠色能源”器件。

碳化硅pin二極管憑借其優(yōu)異的性能成為最早商業(yè)化的碳化硅器件之一，現(xiàn)有技術(shù)中碳化硅pin功率二極管器件的典型結(jié)構(gòu)如圖1所示。在高壓大功率運(yùn)用碳化硅pin功率二極管展現(xiàn)出了傳統(tǒng)硅pin二極管不可比擬的特性。然而，現(xiàn)有技術(shù)中碳化硅pin二極管仍然存在正向?qū)▔航荡?碳化硅pn結(jié)壓降約為3v)以及反向恢復(fù)特性差(正向?qū)〞r(shí)漂移區(qū)電導(dǎo)調(diào)制注入大量過(guò)剩載流子)等不足，進(jìn)而嚴(yán)重限制了碳化硅pin二極管器件進(jìn)一步地推廣應(yīng)用。故而，亟需一種正向?qū)▔航递^小、反向恢復(fù)性能良好的碳化硅pin二極管器件，以克服現(xiàn)有技術(shù)所存在的不足。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明在器件表面碳化硅漂移區(qū)形成溝槽結(jié)構(gòu)，在溝槽底部形成與上述漂移區(qū)摻雜類(lèi)型相反的高濃度摻雜區(qū)，并在溝槽內(nèi)設(shè)置與上述漂移區(qū)摻雜類(lèi)型相反的多晶硅層，使得多晶硅層與溝槽側(cè)壁形成si/sic異質(zhì)結(jié)，進(jìn)而在器件內(nèi)部集成了一個(gè)二極管。本發(fā)明通過(guò)上述技術(shù)手段，降低了器件正向?qū)▔航?，改善了器件的反向恢?fù)特性，并且提高了器件開(kāi)關(guān)速度。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，一方面，本發(fā)明公開(kāi)了一種碳化硅功率二極管器件的技術(shù)方案，具體技術(shù)方案如下：

技術(shù)方案1：

一種碳化硅功率二極管器件，其元胞結(jié)構(gòu)包括：自下而上依次設(shè)置的金屬陰極5、碳化硅n⁺襯底4及碳化硅n^-外延層3，其特征在于：所述碳化硅n^-外延層3內(nèi)部具有p⁺碳化硅區(qū)6，在所述p⁺碳化硅區(qū)6上表面還具有p⁺多晶硅層7；所述p⁺多晶硅層7位于碳化硅n^-外延層3的內(nèi)部及上表面，并且與n^-外延層3相接觸使得p型si和n型sic形成異質(zhì)結(jié)；在p⁺多晶硅層7上表面還具有金屬陽(yáng)極1。

進(jìn)一步地，本技術(shù)方案中碳化硅n^-外延層3上表面兩側(cè)可不具有所述p⁺多晶硅層7，金屬陽(yáng)極1在表面兩側(cè)直接與碳化硅n^-外延層3接觸形成肖特基接觸。

技術(shù)方案2：

一種碳化硅功率二極管器件，其元胞結(jié)構(gòu)如圖2所示，包括：自下而上依次設(shè)置的金屬陰極5、碳化硅n⁺襯底4及碳化硅n^-外延層3，其特征在于：所述碳化硅n^-外延層3內(nèi)部具有p⁺碳化硅區(qū)6，在所述p⁺碳化硅區(qū)6上表面還具有p⁺多晶硅層7，所述p⁺多晶硅層7位于碳化硅n^-外延層3的內(nèi)部及其上方，位于碳化硅n^-外延層3內(nèi)部的p⁺多晶硅層7與n^-外延層3相接觸使得p型si和n型sic形成異質(zhì)結(jié)；位于碳化硅n^-外延層3上方的p⁺多晶硅層7兩側(cè)還具有與p⁺多晶硅層7同平面且左右對(duì)稱(chēng)設(shè)置的第一p⁺碳化硅區(qū)21和第二p⁺碳化硅區(qū)22，p⁺多晶硅層7在碳化硅n^-外延層3內(nèi)部的深度分別大于第一p⁺碳化硅區(qū)21和第二p⁺碳化硅區(qū)22在碳化硅n^-外延層3內(nèi)部的深度；在p⁺多晶硅層7、第一p⁺碳化硅區(qū)21和第二p⁺碳化硅區(qū)22上表面還具有金屬陽(yáng)極1。

進(jìn)一步地，本技術(shù)方案中p⁺多晶硅層7在碳化硅n^-外延層3內(nèi)部的深度大于p⁺多晶硅層7的寬度；p⁺多晶硅層7在碳化硅n^-外延層3內(nèi)部的深度分別大于第一p⁺碳化硅區(qū)21或者第二p⁺碳化硅區(qū)22的寬度。

進(jìn)一步地，本技術(shù)方案中p⁺碳化硅區(qū)6的寬度大于p⁺多晶硅層7的寬度；p⁺多晶硅層7的寬度大于p⁺碳化硅區(qū)6的厚度，如圖3所示。

進(jìn)一步的，本技術(shù)方案中p⁺碳化硅區(qū)6下方還具有p型碳化硅區(qū)9，所述p型碳化硅區(qū)9與兩側(cè)碳化硅n^-外延層3形成超結(jié)或半超結(jié)結(jié)構(gòu)，如圖4所示。

進(jìn)一步的，本技術(shù)方案中在器件表面刻蝕得到連續(xù)的溝槽，使得元胞排列為條形排列，p⁺多晶硅層7、第一p⁺碳化硅區(qū)21和第二p⁺碳化硅區(qū)22所在平面俯視圖，如圖5所示。

進(jìn)一步的，本技術(shù)方案中在器件表面刻蝕得到不連續(xù)的溝槽，使得元胞排列為方形排列，品字型排列、六角形排列，或者原子晶格排列，p⁺多晶硅層7、第一p+碳化硅區(qū)21和第二p+碳化硅區(qū)22所在平面俯視圖，如圖6所示。

技術(shù)方案3：

一種碳化硅功率二極管器件，其元胞結(jié)構(gòu)如圖7所示，包括：自下而上依次設(shè)置的金屬陰極5、碳化硅n⁺襯底4及碳化硅n^-外延層3，其特征在于：所述碳化硅n^-外延層3內(nèi)部具有p⁺碳化硅區(qū)6，在所述p⁺碳化硅區(qū)6上表面還具有p⁺多晶硅層7，所述p⁺多晶硅層7位于碳化硅n^-外延層3的內(nèi)部及其上方，p⁺多晶硅層7與n^-外延層3相接觸使得p型si和n型sic形成異質(zhì)結(jié)；位于碳化硅n^-外延層3上方的p⁺多晶硅層7兩側(cè)還具有與p⁺多晶硅層7同平面且左右對(duì)稱(chēng)設(shè)置的的第一介質(zhì)層8和第二介質(zhì)層81，在p⁺多晶硅層7、第一介質(zhì)層8和第二介質(zhì)層81上表面還具有金屬陽(yáng)極1。

進(jìn)一步地，本技術(shù)方案中p⁺多晶硅層7在碳化硅n^-外延層3內(nèi)部的深度大于p⁺多晶硅層7的寬度；p⁺多晶硅層7在碳化硅n^-外延層3內(nèi)部的深度分別大于第一介質(zhì)層8或者第二介質(zhì)層81的寬度。

進(jìn)一步地，本技術(shù)方案中p⁺碳化硅區(qū)6的寬度大于p⁺多晶硅層7的寬度；p⁺多晶硅層7的寬度大于p⁺碳化硅區(qū)6的厚度。

進(jìn)一步地，本技術(shù)方案中第一介質(zhì)層8和第二介質(zhì)層81下方的碳化硅n^-外延層3內(nèi)部分別還具有第一p⁺碳化硅區(qū)21和第二p⁺碳化硅區(qū)22；第一p⁺碳化硅區(qū)21和第二p⁺碳化硅區(qū)22的厚度均小于p⁺多晶硅層7在碳化硅n^-外延層3內(nèi)部的深度。

進(jìn)一步地，本技術(shù)方案中第一介質(zhì)層8和第二介質(zhì)層81與金屬陽(yáng)極1之間還具有p⁺多晶硅層7。

進(jìn)一步地，本技術(shù)方案中p⁺碳化硅區(qū)6下方還具有p型碳化硅區(qū)9，所述p型碳化硅區(qū)9與兩側(cè)碳化硅n^-外延層3形成超結(jié)或半超結(jié)結(jié)構(gòu)。

進(jìn)一步的，本技術(shù)方案中在器件表面刻蝕得到連續(xù)的溝槽，使得元胞排列為條形排列，p⁺多晶硅層7、第一p⁺碳化硅區(qū)21和第二p⁺碳化硅區(qū)22所在平面俯視圖。

進(jìn)一步的，本技術(shù)方案中在器件表面刻蝕得到不連續(xù)的溝槽，使得元胞排列為方形排列，品字型排列、六角形排列，或者原子晶格排列，p⁺多晶硅層7、第一p+碳化硅區(qū)21和第二p+碳化硅區(qū)22所在平面俯視圖。

技術(shù)方案4：

一種碳化硅功率二極管器件，其元胞結(jié)構(gòu)，包括：自下而上依次設(shè)置的金屬陰極5、碳化硅n⁺襯底4及碳化硅n^-外延層3，其特征在于：所述碳化硅n^-外延層3內(nèi)部具有p⁺碳化硅區(qū)6，在位于p⁺碳化硅區(qū)6兩側(cè)的碳化硅n^-外延層3上表面分別具有左右對(duì)稱(chēng)設(shè)置的第一介質(zhì)層8和第二介質(zhì)層81，在所述p⁺碳化硅區(qū)6上表面還具有p⁺多晶硅層7，所述p⁺多晶硅層7設(shè)于碳化硅n^-外延層3的內(nèi)部以及覆蓋第一介質(zhì)層8和第二介質(zhì)層81的上表面和內(nèi)側(cè)面，位于碳化硅n^-外延層3內(nèi)部的p⁺多晶硅層7與n^-外延層3相接觸使得p型si和n型sic形成異質(zhì)結(jié)，在p⁺多晶硅層7上表面還具有金屬陽(yáng)極1。

進(jìn)一步地，本技術(shù)方案中p⁺多晶硅層7在碳化硅n^-外延層3內(nèi)部的深度大于p⁺多晶硅層7的寬度；p⁺多晶硅層7在碳化硅n^-外延層3內(nèi)部的深度分別大于第一介質(zhì)層8和第二介質(zhì)層81的寬度。

進(jìn)一步地，本技術(shù)方案中p⁺碳化硅區(qū)6的寬度大于p⁺多晶硅層7的寬度；p⁺多晶硅層7的寬度大于p⁺碳化硅區(qū)6的厚度。

進(jìn)一步地，本技術(shù)方案中第一介質(zhì)層8和第二介質(zhì)層81下方的碳化硅n^-外延層3內(nèi)部分別還具有第一p⁺碳化硅區(qū)21和第二p⁺碳化硅區(qū)22；第一p⁺碳化硅區(qū)21和第二p⁺碳化硅區(qū)22的厚度均小于p⁺多晶硅層7在碳化硅n^-外延層3內(nèi)部的深度。

進(jìn)一步地，本技術(shù)方案中p⁺碳化硅區(qū)6下方還具有p型碳化硅區(qū)9，所述p型碳化硅區(qū)9與兩側(cè)碳化硅n^-外延層3形成超結(jié)或半超結(jié)結(jié)構(gòu)。

進(jìn)一步的，本技術(shù)方案中在器件表面刻蝕得到連續(xù)的溝槽，使得元胞排列為條形排列，p⁺多晶硅層7、第一p⁺碳化硅區(qū)21和第二p⁺碳化硅區(qū)22所在平面俯視圖。

進(jìn)一步的，本技術(shù)方案中在器件表面刻蝕得到不連續(xù)的溝槽，使得元胞排列為方形排列，品字型排列、六角形排列，或者原子晶格排列，p⁺多晶硅層7、第一p+碳化硅區(qū)21和第二p+碳化硅區(qū)22所在平面俯視圖。

根據(jù)本領(lǐng)域技術(shù)人員普通知識(shí)可知：本發(fā)明所提供碳化硅功率二極管器件結(jié)構(gòu)，各結(jié)構(gòu)中受主離子和施主離子可以互換，從本發(fā)明技術(shù)手段來(lái)講，襯底及外延層可以為n型半導(dǎo)體材料，相應(yīng)地，本發(fā)明增設(shè)的多晶硅層摻雜類(lèi)型為p型；襯底及外延層也可以為p型半導(dǎo)體材料，相應(yīng)地，本發(fā)明增設(shè)的多晶硅層摻雜類(lèi)型為n型。

技術(shù)方案5：

另一方面，本發(fā)明公開(kāi)了上述技術(shù)方案制作方法的技術(shù)方案，具體技術(shù)方案如下：

一種碳化硅功率二極管器件的制作方法，包括以下步驟：

第一步：采用外延工藝，在碳化硅n⁺襯底4上表面制得碳化硅n^-外延層3，如圖12所示；

第二步：采用光刻和刻蝕工藝，在碳化硅n^-外延層3上表面中間位置刻蝕形成溝槽區(qū)，如圖13所示；

第三步：采用離子注入工藝，分別在溝槽區(qū)兩側(cè)的碳化硅n^-外延層3上層以及溝槽區(qū)底部注入p型半導(dǎo)體雜質(zhì)并進(jìn)行高溫退火，形成p⁺碳化硅區(qū)6、第一p⁺碳化硅區(qū)21和第二p⁺碳化硅區(qū)22，如圖14所示；

第四步：采用淀積和刻蝕工藝，在器件表面淀積p型多晶硅材料，通過(guò)刻蝕工藝去除多余p型多晶硅，使得溝槽區(qū)內(nèi)形成p⁺多晶硅層7，如圖15所示；

第五步：在器件上表面通過(guò)淀積金屬形成金屬陽(yáng)極1；通過(guò)背部減薄并淀積金屬層，在器件下表面形成金屬陰極5，最終制備獲得碳化硅功率二極管器件，如圖16所示。

進(jìn)一步地，本技術(shù)方案中在第三步離子注入過(guò)程中，通過(guò)選擇在碳化硅中擴(kuò)散系數(shù)較大的p型摻雜劑，并通過(guò)離子注入后較長(zhǎng)時(shí)間高溫推結(jié)，使得形成的p⁺碳化硅區(qū)6的寬度大于p⁺多晶硅層7的寬度。

進(jìn)一步地，本技術(shù)方案中形成介質(zhì)層8、81可以在第五步金屬陽(yáng)極1形成之前，通過(guò)介質(zhì)形成及刻蝕工藝，在p⁺多晶硅層7兩側(cè)形成第一介質(zhì)層8和第二介質(zhì)層81；或者也可以在第四步淀積p型多晶硅材料之前，通過(guò)介質(zhì)形成及刻蝕工藝，在溝槽區(qū)兩側(cè)形成第一介質(zhì)層8和第二介質(zhì)層81。

進(jìn)一步地，本技術(shù)方案中在進(jìn)行第三步之前，通過(guò)光刻和掩蔽膜形成工藝，在除溝槽區(qū)的器件表面形成掩蔽膜，使得第三步進(jìn)行離子注入時(shí)僅在溝槽區(qū)底部形成p⁺碳化硅區(qū)6。

進(jìn)一步地，本技術(shù)方案中進(jìn)行第四步在器件表淀積p型多晶硅后，可以不進(jìn)行p型多晶硅的刻蝕。

根據(jù)本領(lǐng)域技術(shù)人員普通知識(shí)可知：本發(fā)明提供的碳化硅功率二極管器件結(jié)構(gòu)中，各結(jié)構(gòu)中受主離子和施主離子可以互換，從本發(fā)明技術(shù)手段來(lái)講，襯底及外延層可以為n型半導(dǎo)體材料，相應(yīng)地，本發(fā)明增設(shè)的多晶硅層摻雜類(lèi)型為p型；襯底及外延層也可以為p型半導(dǎo)體材料，相應(yīng)地，本發(fā)明增設(shè)的多晶硅層摻雜類(lèi)型為n型。

本發(fā)明的工作原理闡述如下：

本發(fā)明通過(guò)在器件表面碳化硅漂移區(qū)形成溝槽，而后在溝槽底部形成與上述漂移區(qū)摻雜類(lèi)型相反的高濃度摻雜區(qū)，以及在溝槽內(nèi)設(shè)置與上述漂移區(qū)摻雜類(lèi)型相反的多晶硅層，使得多晶硅層與溝槽側(cè)壁形成si/sic異質(zhì)結(jié)，進(jìn)而在器件內(nèi)部集成了一個(gè)二極管。

當(dāng)器件正向?qū)〞r(shí)，金屬陽(yáng)極加正電壓，由于p型多晶硅與n型碳化硅或者n型多晶硅與p型碳化硅所形成異質(zhì)結(jié)的結(jié)壓降約為1v，而p⁺碳化硅與n型碳化硅外延層所形成碳化硅pn結(jié)的結(jié)壓降約為3v，故p型多晶硅與n型碳化硅外延層形成的異質(zhì)結(jié)易于導(dǎo)通，而p型碳化硅與n型碳化硅外延層形成的碳化硅pn結(jié)則被旁路。此時(shí)，由于p型多晶硅與n型碳化硅所形成異質(zhì)結(jié)的作用，二極管的導(dǎo)電為多子導(dǎo)電，并且具有低的正向?qū)▔航怠?/p>

當(dāng)器件反向阻斷時(shí)，金屬陰極加正電壓；此時(shí)，由于溝槽底部高濃度p⁺碳化硅區(qū)的電荷屏蔽作用，降低了在溝槽側(cè)壁p型多晶硅與n型碳化硅所形成異質(zhì)結(jié)界面的電場(chǎng)，進(jìn)而能夠屏蔽p型多晶硅對(duì)器件擊穿特性、反向漏電特性和溫度穩(wěn)定性的不利影響，使器件保持pin二極管反向漏電低，擊穿電壓高和器件溫度穩(wěn)定性能好的優(yōu)點(diǎn)。

同時(shí)，本發(fā)明中溝槽的形成能夠增大p型多晶硅與n型碳化硅形成異質(zhì)結(jié)的面積，使得器件具有更好的正向?qū)ㄌ匦?。進(jìn)一步地，器件表面兩介質(zhì)層能夠使得器件在正向?qū)〞r(shí)，使得介質(zhì)層下方n型外延層中形成電子的積累層，進(jìn)一步減小器件的正向?qū)▔航?。在器件反向恢?fù)時(shí)，由于正向?qū)〞r(shí)的多子導(dǎo)電工作模式，漂移區(qū)無(wú)電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)，因此，具有反向恢復(fù)時(shí)間短，反向恢復(fù)電荷少的優(yōu)點(diǎn)，具有好的反向恢復(fù)特性和快的開(kāi)關(guān)速度。

本發(fā)明的有益效果是：

本發(fā)明通過(guò)在器件表面碳化硅漂移區(qū)形成溝槽，而后在溝槽底部形成與上述漂移區(qū)摻雜類(lèi)型相反的高濃度摻雜區(qū)，以及在溝槽內(nèi)設(shè)置與上述漂移區(qū)摻雜類(lèi)型相反的多晶硅層，使得多晶硅層與溝槽側(cè)壁形成si/sic異質(zhì)結(jié)。通過(guò)上述技術(shù)手段，本發(fā)明提供的碳化硅異質(zhì)結(jié)功率二極管器件是一種單極器件，無(wú)少子存儲(chǔ)效應(yīng)，具有正向?qū)▔航档停_(kāi)關(guān)速度快和反向恢復(fù)特性好的優(yōu)點(diǎn)；且具有pin二極管反向漏電低，擊穿電壓高和器件溫度穩(wěn)定性能好的優(yōu)點(diǎn)。此外，本發(fā)明提供的器件制備方法具有工藝簡(jiǎn)單，工藝步驟少，實(shí)現(xiàn)成本低的優(yōu)點(diǎn)。

附圖說(shuō)明

圖1是傳統(tǒng)碳化硅pin二極管元胞結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明提供的第一種碳化硅功率二極管元胞結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本發(fā)明提供的第二種碳化硅功率二極管元胞結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是本發(fā)明提供的第三種碳化硅功率二極管元胞結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5是本發(fā)明提供的碳化硅功率二極管條形排列元胞的p⁺多晶硅層、第一p⁺碳化硅區(qū)和第二p⁺碳化硅區(qū)所在平面俯視圖；

圖6本發(fā)明提供的碳化硅功率二極管條形排列元胞的p⁺多晶硅層、第一p⁺碳化硅區(qū)和第二p⁺碳化硅區(qū)所在平面俯視圖；

圖7是本發(fā)明提供的第四種碳化硅功率二極管元胞結(jié)構(gòu)示意圖；

圖8是本發(fā)明提供的第五種碳化硅功率二極管元胞結(jié)構(gòu)示意圖；

圖9是本發(fā)明提供的第六種碳化硅功率二極管元胞結(jié)構(gòu)示意圖；

圖10是本發(fā)明提供的第七種碳化硅功率二極管元胞結(jié)構(gòu)示意圖；

圖11是本發(fā)明提供的第八種碳化硅功率二極管元胞結(jié)構(gòu)示意圖；

圖12是采用本發(fā)明提供的器件制作方法通過(guò)外延形成n^-外延層后的示意圖；

圖13是采用本發(fā)明提供的器件制作方法通過(guò)光刻和刻蝕工藝形成溝槽區(qū)后的示意圖；

圖14是采用本發(fā)明提供的器件制作方法通過(guò)離子注入工藝在器件表面及溝槽區(qū)底部形成p⁺碳化硅區(qū)后的示意圖；

圖15是采用本發(fā)明提供的器件制作方法通過(guò)淀積和刻蝕工藝在溝槽區(qū)形成p⁺多晶硅層后的示意圖；

圖16是采用本發(fā)明提供的器件制作方法分別通過(guò)淀積和背部減薄/淀積工藝在上下表面形成金屬電極后的示意圖。

圖中：1為金屬陽(yáng)極，3為碳化硅n^-外延層，4為碳化硅n⁺襯底，5為金屬陰極，6為p⁺碳化硅區(qū)，7為p⁺多晶硅層，8為第一介質(zhì)層，81為第二介質(zhì)層，9為p型碳化硅區(qū)，21為第一p⁺碳化硅區(qū)，22為第二p⁺碳化硅區(qū)，23為第三p⁺碳化硅區(qū)。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合說(shuō)明書(shū)附圖，以一種1200v的碳化硅功率二極管為例，詳細(xì)描述本發(fā)明的技術(shù)方案，同時(shí)對(duì)本發(fā)明的原理和特性做進(jìn)一步的說(shuō)明。本實(shí)施例只用于解釋本發(fā)明，并非用于限定本發(fā)明的范圍。

實(shí)施例1：

一種碳化硅功率二極管器件，其基本結(jié)構(gòu)的元胞結(jié)構(gòu)如圖2所示：具體包括：自下而上依次設(shè)置的金屬陰極5、碳化硅n⁺襯底4及碳化硅n^-外延層3，其特征在于：所述碳化硅n^-外延層3內(nèi)部具有p⁺碳化硅區(qū)6，在所述p⁺碳化硅區(qū)6上表面還具有p⁺多晶硅層7，所述p⁺多晶硅層7位于碳化硅n^-外延層3的內(nèi)部及其上方，位于碳化硅n^-外延層3內(nèi)部的p⁺多晶硅層7與n^-外延層3相接觸使得p型si和n型sic形成異質(zhì)結(jié)；位于碳化硅n^-外延層3上方的p⁺多晶硅層7兩側(cè)還具有與p⁺多晶硅層7同平面且左右對(duì)稱(chēng)設(shè)置的第一p⁺碳化硅區(qū)21和第二p⁺碳化硅區(qū)22，所述p⁺多晶硅層7的在碳化硅n^-外延層3內(nèi)部的深度分別大于第一p⁺碳化硅區(qū)21和第二p⁺碳化硅區(qū)22在碳化硅n^-外延層3內(nèi)部的深度，在p⁺多晶硅層7、第一p⁺碳化硅區(qū)21和第二p⁺碳化硅區(qū)22上表面還具有金屬陽(yáng)極1。

本實(shí)施例中金屬陽(yáng)極1和金屬陰極5的厚度為1～4μm，n⁺襯底4的摻雜濃度為1×10¹⁸cm^-3～1×10¹⁹cm^-3，厚度為50～200μm；n^-外延層3的摻雜濃度為2×10¹⁵cm^-3～2×10¹⁶cm^-3，厚度為8～12μm；p⁺碳化硅區(qū)6的摻雜濃度為1×10¹⁷cm^-3～1×10¹⁹cm^-3，厚度為0.1～0.5μm；p⁺多晶硅層7的摻雜濃度為1×10¹⁸cm^-3～5×10¹⁹cm^-3，厚度為0.5～1μm，寬度為0.2～1μm；第一p⁺碳化硅區(qū)21和第二p⁺碳化硅區(qū)22的摻雜濃度均為1×10¹⁷cm^-3～1×10¹⁹cm^-3，厚度為0.1～0.2μm；元胞的寬度為0.3～2μm。

實(shí)施例2：

除了p⁺碳化硅區(qū)6的寬度大于p⁺碳化硅區(qū)6的寬度，二者寬度差值在0.1～0.5μm范圍內(nèi)，以及p⁺碳化硅區(qū)6的寬度大于p⁺碳化硅區(qū)6的厚度之外，本實(shí)施例與實(shí)施例1其余結(jié)構(gòu)均相同，如圖3所示。

本實(shí)施例相比實(shí)施例1，進(jìn)一步提高了p⁺碳化硅區(qū)6的電場(chǎng)屏蔽作用，進(jìn)而提高了器件的擊穿電壓，減小反向漏電流。

實(shí)施例3：

除了在p⁺碳化硅區(qū)6下方還具有與之相接觸的p型碳化硅區(qū)9與兩側(cè)碳化硅n^-外延層3形成超結(jié)或者半超結(jié)結(jié)構(gòu)之外，本實(shí)施例與實(shí)施例1其余結(jié)構(gòu)均相同。

本實(shí)施例相比實(shí)施例1，進(jìn)一步提高了碳化硅n^-外延層3的摻雜濃度，減小器件的正向?qū)▔航怠⑻岣咂骷膿舸╇妷翰⒏纳破骷姆聪蚧謴?fù)特性。

實(shí)施例4：

除了在p⁺碳化硅區(qū)6下方還具有與之相接觸的p型碳化硅區(qū)9與兩側(cè)碳化硅n^-外延層3形成超結(jié)或者半超結(jié)結(jié)構(gòu)之外，本實(shí)施例與實(shí)施例2其余結(jié)構(gòu)均相同，如圖4所示。

本實(shí)施例相比實(shí)施例2，進(jìn)一步提高了碳化硅n^-外延層3的摻雜濃度，減小器件的正向?qū)▔航怠⑻岣咂骷膿舸╇妷翰⒏纳破骷姆聪蚧謴?fù)特性。

實(shí)施例5：

除了在器件表面刻蝕有不連續(xù)的溝槽使得元胞排列為條形之外，本實(shí)施例與實(shí)施例1其余結(jié)構(gòu)均相同，如圖5所示。

本實(shí)施例相比實(shí)施例1，進(jìn)一步降低了器件的正向?qū)▔航怠?/p>

實(shí)施例6：

除了在器件表面刻蝕有不連續(xù)的溝槽使得元胞排列為方形之外，本實(shí)施例與實(shí)施例1其余結(jié)構(gòu)均相同，如圖6所示，方形區(qū)域內(nèi)為第三p⁺碳化硅區(qū)23。

本實(shí)施例相比實(shí)施例1，進(jìn)一步降低了器件的正向?qū)▔航怠?/p>

實(shí)施例7：

除了在器件表面刻蝕有不連續(xù)的溝槽使得元胞排列為品字形之外，本實(shí)施例與實(shí)施例2其余結(jié)構(gòu)均相同。

本實(shí)施例相比實(shí)施例2，進(jìn)一步降低了器件的正向?qū)▔航怠?/p>

實(shí)施例8：

除了在器件表面刻蝕有不連續(xù)的溝槽使得元胞排列為六角形字形之外，本實(shí)施例與實(shí)施例3其余結(jié)構(gòu)均相同。

本實(shí)施例相比實(shí)施例3，進(jìn)一步降低了器件的正向?qū)▔航怠?/p>

實(shí)施例9：

除了在器件表面刻蝕有不連續(xù)的溝槽使得元胞排列為六角形字形之外，本實(shí)施例與實(shí)施例4其余結(jié)構(gòu)均相同。

本實(shí)施例相比實(shí)施例4，進(jìn)一步降低了器件的正向?qū)▔航怠?/p>

實(shí)施例10：

一種碳化硅功率二極管器件，其元胞結(jié)構(gòu)如圖7所示，包括：自下而上依次設(shè)置的金屬陰極5、碳化硅n⁺襯底4及碳化硅n^-外延層3，其特征在于：所述碳化硅n^-外延層3內(nèi)部具有p⁺碳化硅區(qū)6，在所述p⁺碳化硅區(qū)6上表面還具有p⁺多晶硅層7，所述p⁺多晶硅層7位于碳化硅n^-外延層3的內(nèi)部及其上方，p⁺多晶硅層7與n^-外延層3相接觸使得p型si和n型sic形成異質(zhì)結(jié)；位于碳化硅n^-外延層3上方的p⁺多晶硅層7兩側(cè)還具有與p⁺多晶硅層7同平面且左右對(duì)稱(chēng)設(shè)置的的第一介質(zhì)層8和第二介質(zhì)層81，在p⁺多晶硅層7、第一介質(zhì)層8和第二介質(zhì)層81上表面還具有金屬陽(yáng)極1。

本實(shí)施例中金屬陽(yáng)極1和金屬陰極5的厚度為1～4μm，n⁺襯底4的摻雜濃度為1×10¹⁸cm^-3～1×10¹⁹cm^-3，厚度為50～200μm；n^-外延層3的摻雜濃度為2×10¹⁵cm^-3～2×10¹⁶cm^-3，厚度為8～12μm；p⁺碳化硅區(qū)6的摻雜濃度為1×10¹⁷cm^-3～1×10¹⁹cm^-3，厚度為0.1～0.5μm；p⁺多晶硅層7的摻雜濃度為1×10¹⁸cm^-3～5×10¹⁹cm^-3，厚度為0.5～1μm，寬度為0.2～1μm；第一介質(zhì)層8和第二介質(zhì)層81的厚度為0.3～2μm；元胞的寬度為0.3～2μm。

本實(shí)施例相比實(shí)施例1，在正向?qū)〞r(shí)，第一介質(zhì)層8和第二介質(zhì)層81下方的碳化硅n^-外延層3會(huì)形成電子積累層，進(jìn)一步降低器件的正向?qū)▔航怠?/p>

實(shí)施11：

除了p⁺碳化硅區(qū)6的寬度大于p⁺碳化硅區(qū)6的寬度，二者寬度差值在0.1～0.5μm范圍內(nèi)，以及p⁺碳化硅區(qū)6的寬度大于p⁺碳化硅區(qū)6的厚度之外，本實(shí)施例與實(shí)施例9其余結(jié)構(gòu)均相同，如圖8所示。

本實(shí)施例相比實(shí)施例10，進(jìn)一步提高了p⁺碳化硅區(qū)6的電場(chǎng)屏蔽作用，進(jìn)而提高了器件的擊穿電壓，減小反向漏電流。

實(shí)施例12：

除了第一介質(zhì)層8和第二介質(zhì)層9下方的碳化硅n^-外延層3內(nèi)部分別還具有與介質(zhì)層相接觸的第一p⁺碳化硅區(qū)21和第二p⁺碳化硅區(qū)22之外，本實(shí)施例與實(shí)施例10其余結(jié)構(gòu)均相同。

本實(shí)施例中第一p⁺碳化硅區(qū)21和第二p⁺碳化硅區(qū)22的摻雜濃度均為1×10¹⁷cm^-3～1×10¹⁹cm^-3，厚度為0.1～0.2μm。

本實(shí)施例相比實(shí)施例10，由于第一p⁺碳化硅區(qū)21和第二p⁺碳化硅區(qū)22的電荷屏蔽作用，進(jìn)一步提高了器件的擊穿電壓，減小反向漏電流。

實(shí)施例13：

除了第一介質(zhì)層8和第二介質(zhì)層9下方的碳化硅n^-外延層3內(nèi)部分別還具有與介質(zhì)層相接觸的第一p⁺碳化硅區(qū)21和第二p⁺碳化硅區(qū)22之外，本實(shí)施例與實(shí)施例11其余結(jié)構(gòu)均相同，如圖9所示。

本實(shí)施例中第一p⁺碳化硅區(qū)21和第二p⁺碳化硅區(qū)22的摻雜濃度均為1×10¹⁷cm^-3～1×10¹⁹cm^-3，厚度為0.1～0.2μm。

本實(shí)施例相比實(shí)施例11，由于第一p⁺碳化硅區(qū)21和第二p⁺碳化硅區(qū)22的電荷屏蔽作用，進(jìn)一步提高了器件的擊穿電壓，減小反向漏電流。

實(shí)施例14：

除了在第一介質(zhì)層8和第二介質(zhì)層81與金屬陽(yáng)極1之間還具有p⁺多晶硅層7以外，本實(shí)施例其余結(jié)構(gòu)與實(shí)施例13相同，如圖10所示。

本實(shí)施例中采用p⁺多晶硅層7覆蓋整個(gè)碳化硅基表面，從而避免了刻蝕，節(jié)約了工藝成本。

實(shí)施例15：

除了在p⁺碳化硅區(qū)6下方還具有與p⁺碳化硅區(qū)6相接觸的p型碳化硅區(qū)9，進(jìn)而與兩側(cè)碳化硅n^-外延層3形成超結(jié)或者半超結(jié)結(jié)構(gòu)之外，本實(shí)施例與實(shí)施例14其余結(jié)構(gòu)均相同，如圖11所示。

本實(shí)施例相比實(shí)施例14，進(jìn)一步提高了碳化硅n^-外延層3的摻雜濃度，減小器件的正向?qū)▔航?、提高器件的擊穿電壓并改善器件的反向恢?fù)特性。

實(shí)施例16：

一種碳化硅功率二極管器件的制作方法，包括以下步驟：

第一步：采用外延工藝，在摻雜濃度為1×10¹⁸cm^-3～1×10¹⁹cm^-3，厚度為300～500μm的碳化硅n⁺襯底4上表面制作碳化硅n^-外延層3，制得碳化硅n^-外延層3的摻雜濃度為1×10¹⁸cm^-3～1×10¹⁹cm^-3，厚度為8～12μm如圖12所示；本實(shí)施在碳化硅襯底硅面上形成的外延層具有缺陷密度低的優(yōu)勢(shì)，相比于在碳化硅襯底碳面形成中等摻雜濃度外延層更加容易；

第二步：采用光刻和刻蝕工藝，在碳化硅n^-外延層3上表面中間位置刻蝕形成溝槽區(qū)，溝槽區(qū)在碳化硅n^-外延層3內(nèi)部的深度為0.5～1μm，溝槽區(qū)的寬度為0.2～1μm，如圖13所示；

第三步：采用離子注入工藝，分別在溝槽區(qū)兩側(cè)的碳化硅n^-外延層3上層以及溝槽區(qū)底部注入硼離子或者鋁離子并進(jìn)行高溫推結(jié)，在器件表面及溝槽區(qū)底部同時(shí)形成p⁺碳化硅區(qū)6、第一p⁺碳化硅區(qū)21和第二p⁺碳化硅區(qū)22，上述三者在碳化硅n^-外延層3內(nèi)部的深度均為0.1～0,5μm，摻雜濃度為1×10¹⁷cm^-3～1×10¹⁹cm^-3，如圖14所示；

第四步：采用淀積和刻蝕工藝，在器件表面淀積厚度為0.2～0.8μm的p型多晶硅材料，通過(guò)刻蝕工藝去除多余p型多晶硅材料材料，使得溝槽內(nèi)形成p⁺多晶硅層7，如圖15所示；

第五步：在器件上表面通過(guò)淀積厚度為1～4μm金屬形成金屬陽(yáng)極1；減薄碳化硅n^-外延層3至5～200μm，然后在背面淀積厚度為1～4μm金屬層形成金屬陰極5，最終制備獲得碳化硅功率二極管器件，如圖16所示。

在第三步離子注入過(guò)程中，本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠通過(guò)選擇在碳化硅n^-外延層3中擴(kuò)散系數(shù)較大的p型摻雜劑，并通過(guò)控制離子注入以及高溫推結(jié)的工藝參數(shù)，使得形成的p⁺碳化硅區(qū)6的寬度大于p⁺多晶硅層7的寬度，作為優(yōu)選實(shí)施方式，p⁺碳化硅區(qū)6的寬度與p⁺多晶硅層7的寬度的差值為0.1～0.5μm。

在第五步形成金屬陽(yáng)極1之前，本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠通過(guò)介質(zhì)形成及刻蝕工藝，在溝槽區(qū)內(nèi)p⁺多晶硅層7的兩側(cè)形成第一介質(zhì)層8和第二介質(zhì)層81；或者在第四步淀積p型多晶硅之前，通過(guò)介質(zhì)形成及刻蝕工藝，在溝槽區(qū)的兩側(cè)形成第一介質(zhì)層8和第二介質(zhì)層81；作為優(yōu)選實(shí)施方式，所形成第一介質(zhì)層8和第二介質(zhì)層81的厚度為0.01～0.05μm。

在進(jìn)行第三步之前，本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠通過(guò)光刻和掩蔽膜形成工藝，在除溝槽區(qū)以外都的器件表面形成掩蔽膜，進(jìn)而使得第三步進(jìn)行離子注入時(shí)，僅在溝槽區(qū)的底部形成p⁺碳化硅區(qū)6。

在第四步器件表面淀積p型多晶硅材料層之后，根據(jù)本領(lǐng)域技術(shù)人員常識(shí)可知：可以不進(jìn)行p型多晶硅材料層的刻蝕，可以直接在其表面制作金屬陽(yáng)極，從而避免了一次刻蝕，節(jié)約了工藝成本。

根據(jù)本領(lǐng)域技術(shù)人員常識(shí)可知：所述碳化硅材料還可以用氮化鎵，金剛石等寬禁帶材料代替。本發(fā)明不僅能夠采用p型多晶硅材料實(shí)現(xiàn)n溝道器件制作，也采用n型多晶硅材料實(shí)現(xiàn)p溝道器件的制作；同時(shí)，制造工藝的具體實(shí)施方式也可以根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行調(diào)整。以上結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行了闡述，但是本發(fā)明并不局限于上述的具體實(shí)施方式，上述具體實(shí)施方式僅僅是示意性的，而不是限制性的，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的啟示下，在不脫離本發(fā)明宗旨和權(quán)利要求所保護(hù)的范圍情況下，還可做出很多形式，這些均屬于本發(fā)明的保護(hù)之內(nèi)。