碳化硅肖特基二极管制造技术

一种碳化硅肖特基二极管，包括N型SiC层和P型SiC层，该P型SiC层与该N型SiC层接触形成P‑N结。阳极与N型SiC层和P型SiC层都接触，在阳极与N型SiC层和P型SiC层之间都形成肖特基接触。P型SiC层的边缘具有电活性，并且包括P‑N结处的锥形负电荷密度，可以通过P型SiC层的锥形或倾斜边缘实现。

SiC Schottky diode

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】碳化硅肖特基二极管
本专利技术涉及碳化硅肖特基二极管及这种二极管的制造方法。特别地，本专利技术涉及包括边缘终端结构的碳化硅肖特基二极管，以减少周界泄漏。
技术介绍
与双极P-N结二极管(即具有两种载流体(电子和空穴)的二极管)相比，肖特基二极管利用电子传导作为单一类型的载流体，在功率转换电路中提供更快的开关。基于硅(Si)的肖特基二极管已经很好地建立起来，但是其在许多应用中不受欢迎的特性之一是在反向偏压模式中具有相对较低的阻断电压。碳化硅肖特基二极管提供了更高的阻断电压，在许多应用中是可取的。与Si基肖特基二极管类似，SiC肖特基二极管利用了熟悉的金属－SiC接触的整流特性。在图1中示出了SiC肖特基二极管100的原理元件，如他们在基础教科书中所示。肖特基二极管100包括在N+型SiC基板104上的N型SiC层102。阳极106(通常由铝(Al)和肖特基接触金属112形成)形成在N型SiC层102上，并且在N+型SiC基板104和电路(未示出)之间提供欧姆接触108。肖特基接触110在阳极106的金属层112和N型SiC层102之间形成。虽然也成功使用了许多其他金属，但是金属层112通常是钛(Ti)。实际上，这种二极管结构并不有用，因为当二极管反向偏压时，在肖特基接触110的边缘114处积累的负电荷会增加SiC中沿着阳极边缘114的电场，导致高周界泄漏。这可以发生在非常低的反向偏压下。被周界泄漏统治的肖特基二极管不能达到由通过金属－SiC接触主区域的反向偏压电流确定的高阻断电压。图2示出了另一个传统SiC肖特基二极管200的结构，其在边缘终端结构中使用P型环202。例如，根据转让给SiliconixTechnologyC.V.的美国专利第8368165号和转让给Rohm有限公司的美国专利第7973318号可知这种边缘终端结构。P型环202嵌入N型SiC层102内，其是与金属层112形成肖特基接触110的SiC区域。P型环202与金属层112欧姆接触，形成与N型SiC层102的肖特基接触。这样，在反向偏压下积聚负电荷的阳极边缘114通过绝缘体204或电介质以及通过在P型环202和N型SiC层102之间形成的反向偏压P-N结206与N型SiC层102隔离。在这种结构中，负电荷的积累发生在P型环202的边缘208和N型SiC层102处。与阳极边缘114处电子电荷的不同之处在于，P型环202边缘208处的电荷是由于反向偏压的P-N结206中的受体原子不可移动，并且不能穿透到N型SiC102层中导致周界泄漏。然而，负受体电荷的累积仍会增加P型环202边缘208处的电场，这可以达到由于P-N结206处电子的带间隧道效应而发生的泄漏的水平。已开发出各种技术来降低P-N结边缘208的电场。其中一些技术涉及在P型环202中在远离金属－半导体接触的方向(即朝向二极管芯片边缘)上的受体密度降低。转让给Cree,Inc.的欧洲专利号EP0965146公开了这种技术。当具有这种终端结构的二极管反向偏压时，耗尽层中的负受体电荷逐渐减少，从而降低了边缘处电场的峰值。通过嵌入更高浓度的受体原子(通常为铝(Al))来将P型环202嵌入N型SiC层102中。受体原子将P型环202内的N型掺杂转变为有效的P型掺杂。在SiC的情况中，离子注入是将N型SiC转化为P型SiC以形成嵌入的P型环202的唯一有效方法。离子注入是硅技术中非常有效和成熟的方法，当硅加热到1000℃左右时，位移的硅原子和注入的原子都会扩散，这就消除了离子注入的损伤，并在注入的原子扩散到晶格位置时激活注入的原子。原子在密度更大的SiC中的扩散需要更高的温度，理想情况下远高于2000℃。这些温度是不实际的，但是在大约1600℃加热仍然可以激活一些注入的受体原子，这使得具有图2所示边缘终端结构的SiC肖特基二极管商业化。尽管如此，这个过程还是很昂贵，而且晶体中仍有一些损伤。因此，很难实现这种边缘终端结构，以最大化生产的肖特基二极管的产量和可靠性。此外，具有相关的光刻的多个注入步骤是创建具有朝向二极管芯片的边缘降低的电荷密度的边缘终端结构所必要的。这种方法导致制造成本显著增加。因此，可以通过制造不需要使用离子注入来产生嵌入的P型环的SiC肖特基二极管获得显著的成本和可靠性效益。如果使用生长在N型SiC层顶部的P型外延层，则使这种边缘终端结构成为可能。在这种情况下，必须从二极管的主要区域去除P型外延层，以使金属阳极和下层的N型SiC之间产生肖特基接触。Ueno等人的论文(《1995年功率半导体器件与集成电路国际研讨会论文集》，第107－111页，横滨，日本，1995年5月)披露了类似的结构，其中P型环是通过局部氧化和随后通过刻蚀去除生长的氧化物以去除P型外延层的一部分来暴露N型SiC层来实现的。与N型SiC层的暴露部分的肖特基接触是通过在N型SiC层上在室温下溅射交替沉积铝和钛随后在900℃和1050℃之间的温度下退火10分钟而产生的。如图2所示，在Al/Ti和P型环之间形成欧姆接触。Ueno等人所披露的结构和方法的一个问题是高温退火可以破坏金属与N型SiC层之间的肖特基接触，这是在肖特基二极管的主要区域。Ueno等人所披露的结构和方法的另一个问题是在正向偏压期间，P型环向N型SiC层内注入少数载流子(空穴)，这对二极管的开关性能产生不利影响。如上所述，使用肖特基二极管而不是P-N结二极管的关键原因是避免与空穴作为第二类电流载体相关的开关速度问题。Ueno等人指出通过减小P型环的宽度可以最小化从P型环注入N型SiC层的少数载流子的问题。然而，减小P型环的宽度需要使用昂贵的微米和亚微米光刻。到目前为止，Ueno等人披露的结构尚未用于商业设备，可能是因为与需要用与在N型SiC上形成临界肖特基接触相同的金属和方法在P型外延层上形成欧姆接触相关的困难。专利技术目的本专利技术的优选目标是提供能够解决或至少改善现有技术的上述问题中的一个或多个的碳化硅肖特基二极管和/或提供有用的商业替代品。本专利技术的优选目标是提供具有边缘终端结构的碳化硅肖特基二极管，以将周界泄漏降低到远低于有源肖特基二极管区域的反向偏压电流。
技术实现思路
本专利技术涉及一种具有边缘终端结构以降低周界泄漏的碳化硅肖特基二极管和生产这种二极管的方法。在一种形式中，尽管不一定是最广泛的形式，但本专利技术涉及一种碳化硅(SiC)肖特基二极管，包括：N型SiC层；P型SiC层，所述P型SiC层与N型SiC层接触，生成P-N结；阳极，其与N型SiC层和P型SiC层都接触，在阳极和N型SiC层与P型SiC层之间都形成肖特基接触，其中P型SiC层的边缘具有电活性并且在P-N结处包括锥形负电荷密度。优选地，N型SiC层是外延层。优选地，P型SiC层是外延层。优选地，P型SiC层的边缘包括远离阳极倾斜以在P-N结处形成锥形负电荷密度的斜坡。适宜地，P型SiC层的给定掺杂水平(NP)的斜坡的角度(α)使得NP×tanα<4×1019cm-3。优选地，在P型SiC层边缘的斜坡的区域中，阳极不与P型SiC层接触。优选地，P型SiC层是环状形式。优选地，P型SiC层的掺杂水平(NP)在约1017cm-3到约1019cm-3的范围内。适宜地，P型SiC层的厚度与本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种碳化硅(SiC)肖特基二极管，包括：N型SiC层；P型SiC层，所述P型SiC层与所述N型SiC层接触，生成P‑N结；和与所述N型SiC层和所述P型SiC层接触的阳极，在所述阳极和所述N型SiC层和所述P型SiC层之间都形成肖特基接触，其中，所述P型SiC层的边缘是电活性的并且包括斜坡，所述斜坡远离所述阳极倾斜，以在所述P‑N结处生成锥形负电荷密度。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.12.15 NL 20180061.一种碳化硅(SiC)肖特基二极管，包括：N型SiC层；P型SiC层，所述P型SiC层与所述N型SiC层接触，生成P-N结；和与所述N型SiC层和所述P型SiC层接触的阳极，在所述阳极和所述N型SiC层和所述P型SiC层之间都形成肖特基接触，其中，所述P型SiC层的边缘是电活性的并且包括斜坡，所述斜坡远离所述阳极倾斜，以在所述P-N结处生成锥形负电荷密度。2.根据权利要求1所述的碳化硅(SiC)肖特基二极管，其中，所述N型SiC层是外延层。3.根据权利要求1或2所述的碳化硅(SiC)肖特基二极管，其中，所述P型SiC层是外延层。4.根据权利要求1到3中任一项所述的碳化硅(SiC)肖特基二极管，其中，对于所述P型SiC层的给定掺杂水平(NP)，所述斜坡的角度(α)使得NP×tanα<4×1019cm-3。5.根据前述任一项权利要求所述的碳化硅(SiC)肖特基二极管，其中，所述阳极在所述P型SiC层的所述边缘的所述斜坡的区域中不与所述P型SiC层接触。6.根据前述任一项权利要求所述的碳化硅(SiC)肖特基二极管，其中，所述P型SiC层是环形形式。7.根据前述任一项权利要求所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：S·迪米特里杰夫，J·韩，
申请(专利权)人：格里菲斯大学，
类型：发明
国别省市：澳大利亚,AU