一种碳化硅肖特基二极管及其制造方法技术

一种碳化硅肖特基二极管及其制造方法。涉及半导体领域。包括设置于碳化硅衬底正面的外延层和背面的欧姆接触电极；所述欧姆接触电极上设有下金属层；还包括：P型掺杂区，所述P型掺杂区从外延层的顶部向下延伸；场氧一，所述场氧一设置在所述外延层的顶部；场氧二，所述场氧二设置在所述外延层的顶部，位于所述场氧一的侧部，正面金属接触电极，所述正面金属接触电极设置在所述P型掺杂区的上方，侧部与场氧一连接；上金属层，所述上金属层设置在所述正面金属接触电极的上方；本发明专利技术减小了器件表面受外来电荷或电场的影响，可以有效的保护器件耐压长期稳定性和可靠性。耐压长期稳定性和可靠性。耐压长期稳定性和可靠性。

【技术实现步骤摘要】
一种碳化硅肖特基二极管及其制造方法


[0001]本专利技术涉及半导体领域，具体涉及一种碳化硅肖特基二极管及其制造方法。

技术介绍

[0002]碳化硅作为第三代半导体材料，其临界击穿场强是Si材料的10倍，禁带宽度和热导率是Si材料的3倍，本征载流子的浓度也只有Si材料的十分之一，这些显著的优势使得碳化硅成为制作高压、高功率、高频、耐高温器件的理想材料。
[0003]碳化硅功率器件通常包括JBS、MPS、MOSFET、JFET、IGBT等器件种类，在器件完成芯片制造后，业界会进行CP测试（chipprobe）标定芯片不良品。众所周知，功率半导体的可靠性是产品的重要特性之一，而在高湿度环境下的运行能力则是考验器件可靠性的一个关键指标但是，对于高耐压的碳化硅器件，其反向雪崩电压通常在1400V以上，在CP测试过程中，会造成晶圆正面电极与划片道之间的空气电离，进而发生打火（Arcing）现象，损坏晶圆和测试设备，因此，极高的雪崩电压给晶圆测试环节带来一定的难度。此外，根据市场的需要，必须开发更高可靠性的产品，才有更高的市场竞争力，特别是考验器件在HV
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H3TRB（High
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VoltageHigh
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temperatureHigh
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humidityReverseBias）环境下的运行能力，因此器件的设计和加工的复杂程度较高，难度较大。

技术实现思路

[0004]本专利技术针对以上问题，提供了一种可以避免CP测试过程中打火现象及大大增强器件在H3TRB下的鲁棒性的一种碳化硅肖特基二极管及其制造方法。
[0005]本专利技术的技术方案是：一种碳化硅肖特基二极管，包括设置于碳化硅衬底正面的外延层和背面的欧姆接触电极；所述欧姆接触电极上设有下金属层；还包括：P型掺杂区，所述P型掺杂区从外延层的顶部向下延伸；场氧一，所述场氧一设置在所述外延层的顶部；场氧二，所述场氧二设置在所述外延层的顶部，位于所述场氧一的侧部，正面金属接触电极，所述正面金属接触电极设置在所述P型掺杂区的上方，侧部与场氧一连接；上金属层，所述上金属层设置在所述正面金属接触电极的上方；钝化层，所述钝化层设置于金属层和场氧一的上方；和PI胶，所述PI胶位于器件的顶部，并向下通过所述钝化层延伸至所述外延层；所述PI胶与器件侧部设有间距，形成划片道。
[0006]具体的，所述钝化层包括：钝化层一，所述钝化层一设置于上金属层和场氧一的上方；钝化层二，所述钝化层二设置于场氧二的上方。
[0007]具体的，所述钝化层一、钝化层二，由下而上依次由半绝缘多晶硅层和氮化硅层组
成。
[0008]具体的，所述场氧二和钝化层与划片道区域相适配。
[0009]具体的，所述场氧一与场氧二和钝化层一与钝化层二分别间隔设置；所述钝化层一包裹于所述场氧一上；所述钝化层二包裹在所述场氧二上。
[0010]一种碳化硅肖特基二极管的制造方法，包括以下步骤：S001、在碳化硅衬底上生长一层外延层；S002、在所述外延层中通过离子注入形成P型掺杂区；S003、在器件正面位置沉积场氧一和场氧二；S004、在器件正面形成金属接触电极；S005、在金属接触电极上方沉积上金属层作为电极引出；S006、在器件终端位置分别制作钝化层一和钝化层；S007、在器件终端位置制作PI胶层；S008、在碳化硅衬底的背面制作欧姆接触电极；S009、在欧姆接触电极上沉积下金属层，完成器件制作。
[0011]具体的，步骤S002中一次性离子注入形成P型掺杂区，掺杂的杂质为Al，注入温度在400
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600℃，注入完成后通过1600
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1900℃的高温退火进行离子激活。
[0012]具体的，步骤S003预先通过化学气相沉积一层SiO2，然后通过刻蚀形成场氧一和场氧二。
[0013]具体的，步骤S006中制作钝化层一和钝化层二前，从下而上依次沉积一层SiPOS膜和氮化硅膜,然后通过刻蚀形成钝化层一（8）和钝化层二（9）。
[0014]本专利技术的有益效果在于：1.本专利技术的场氧二和钝化层二覆盖在划片道区域下方，在反向加压时，尤其是加到1000V以上的高压时，背面电极的等势面将在划片道表面，但由于划片道中存在场氧（SiO2）和d钝化层（氮化硅），其相对介电常数较高，绝缘性能较好，晶圆的上金属层与划片道表面之间不会发生电离形成，如此便可以避免上述打火现象的发生。
[0015]2.本专利技术的晶圆通过在切割划片道区域13分解成一颗颗单独的芯片，在封测完成后对器件进行HV
‑
H3TRB考核验证。场氧由于其材料特性具有较强的吸水性，而钝化层中的氮化硅及PI胶层具有很好的防水效果，如果钝化层及PI胶层不能很好的保护场氧，整个钝化层及PI就不能很好的隔绝水汽，因为器件终端在高湿气件下通过场氧不断吸收水汽，导致存在水汽的场环部分在高耐压条件下，漏电过大，容易发生水电解，导致器件失效。通过在划片道边缘区域分段沉积场氧一与场氧二和钝化层一与钝化层二，两两之间留出空隙间隔。包裹式的钝化结构外围氮化硅层可以很好的保护场氧，隔绝水汽通过场氧进入终端，同时顶部的Pi胶也具有优秀的防水性能，进一步提升器件在HV
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H3TRB下的可靠性。
[0016]3.钝化层中的SiPOS电阻率大大低于有机绝缘材料,高温时,外层的有机材料中的可动离子在电场的作用下分别向两极输运,由于半绝缘层本身有较多的载流子,在其中产生感应电荷,使有机材料中电荷的电力线终止于半绝缘层中而到达不到管芯的表面,在一定程度上起到屏蔽电荷和均匀电场的作用,减小了器件表面受外来电荷或电场的影响，可以有效的保护器件耐压长期稳定性和可靠性。
附图说明
[0017]图1是本专利技术的结构示意图，图2是步骤S001生长外延层的结构示意图，图3是步骤S002离子注入后p型掺杂区的结构示意图，图4是步骤S003沉积场氧一、场氧二的结构示意图，图5是步骤S004形成正面金属接触电极的结构示意图，图6是步骤S005沉积加厚金属的结构示意图，图7是步骤S006制作钝化层一、钝化层二的结构示意图，图8是步骤S007制作PI胶结构示意图，图9是步骤S008制作欧姆接触电极的结构示意图，图10是步骤S009沉积加厚金属的结构示意图；图11是改善前出现打火的芯片实际照片；图12是改善后的未出现打火的实际照片；图中1是碳化硅衬底，2是外延层，3是P型掺杂区，4是场氧一，5是场氧二，6是正面金属接触电极，7是上金属层，8钝化层一，9是钝化层二，10是PI胶，11是欧姆接触电极，12是下金属层，13是划片道。
具体实施方式
[0018]下面详细描述本专利技术的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本专利技术，而不能理解为对本专利技术的限制。
[0019]本专利技术如图1
‑...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种碳化硅肖特基二极管，包括设置于碳化硅衬底（1）正面的外延层（2）和背面的欧姆接触电极（11）；所述欧姆接触电极（11）上设有下金属层（12）；其特征在于，还包括：P型掺杂区（3），所述P型掺杂区（3）从外延层（2）的顶部向下延伸；场氧一（4），所述场氧一（4）设置在所述外延层（2）的顶部；场氧二（5），所述场氧二（5）设置在所述外延层（2）的顶部，位于所述场氧一（4）的侧部，正面金属接触电极（6），所述正面金属接触电极（6）设置在所述P型掺杂区（3）的上方，侧部与场氧一（4）连接；上金属层（7），所述上金属层（7）设置在所述正面金属接触电极（6）的上方；钝化层，所述钝化层设置于金属层（7）和场氧一（4）的上方；和PI胶（10），所述PI胶（10）位于器件的顶部，并向下通过所述钝化层延伸至所述外延层（2）；所述PI胶（10）与器件侧部设有间距，形成划片道（13）。2.根据权利要求1所述的一种碳化硅肖特基二极管，其特征在于，所述钝化层包括：钝化层一（8），所述钝化层一（8）设置于上金属层（7）和场氧一（4）的上方；钝化层二（9），所述钝化层二（9）设置于场氧二（5）的上方。3.根据权利要求2所述的一种碳化硅肖特基二极管，其特征在于，所述钝化层一（8）、钝化层二（9），由下而上依次由半绝缘多晶硅层（SIPOS）和氮化硅层组成。4.根据权利要求1所述的一种碳化硅肖特基二极管，其特征在于，所述场氧二（5）和钝化层（9）与划片道（13）区域相适配。5.根据权利要求1所述的一种碳化硅肖特基二极管，其特征在于，所述场氧一（4）与场氧二（5）和钝化层一（8）与钝化层二（9）分别间隔设置；所述钝化层一（8）包裹于所...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘圣前，杨程，王毅，
申请(专利权)人：扬州扬杰电子科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：