浮动结掺杂浓度呈阶梯渐变的碳化硅功率器件制造技术

本发明专利技术涉及一种浮动结掺杂浓度呈阶梯渐变的碳化硅功率器件，包括背面电极、N+衬底区、N

【技术实现步骤摘要】
浮动结掺杂浓度呈阶梯渐变的碳化硅功率器件


[0001]本专利技术涉及半导体
，具体涉及一种浮动结掺杂浓度呈阶梯渐变的碳化硅功率器件。

技术介绍

[0002]为了进一步提升碳化硅功率器件的性能，以浮动结为代表的“超级结”结构被应用在相关领域的器件中。所谓浮动结结构，是在传统器件的N
‑
外延区中加入一层或多层不连续的P型浮动结，近似于在N
‑
外延区内部形成PN结结构。当器件工作在反向状态时，浮动结结构的加入可以使N
‑
外延区内部原本的三角形或梯形形状的纵向电场分布变为以浮动结结构为中心的上下两个独立的三角形或梯形形状的纵向电场分布，从而在N
‑
外延区掺杂浓度和厚度不变的情况下提升器件的反向击穿电压。
[0003]然而，常规的浮动结结构布局会使器件工作在反向状态时，浮动结结构中心的电场峰值相比于浮动结边缘和两个浮动结之间N
‑
外延区的电场峰值更大，导致器件浮动结和正面电极结构处电场分布不均匀，且浮动结之间的N
‑
外延区耗尽情况较差，一定程度上弱化了浮动结结构对碳化硅功率器件击穿电压的提升作用。

技术实现思路

[0004]本专利技术提供了一种浮动结掺杂浓度呈阶梯渐变的碳化硅功率器件以解决现有技术中存在的上述问题。该浮动结掺杂浓度呈阶梯渐变的碳化硅功率器件，包括背面电极、N+衬底区、N
‑
外延区、浮动结层、表面P+区以及正面电极。
[0005]所述N+衬底区设置在所述背面电极的上方；所述N
‑
外延区设置在所述N+衬底区与所述正面电极之间；所述N
‑
外延区上表面内部设置有至少一个所述表面P+区；所述N
‑
外延区内部设置有至少一层所述浮动结层，所述浮动结层设置在所述表面P+区的下方，所述浮动结层包括至少一个P型浮动结，所述P型浮动结设置在所述表面P+区的正下方；每个P型浮动结的掺杂浓度呈阶梯渐变，沿横向方向由中间向两侧递增。
[0006]在本专利技术的一个实施例中，所述N
‑
外延区上表面内部设置有多个表面P+区，每个表面P+区沿横向方向间隔设置。
[0007]在本专利技术的一个实施例中，所述N
‑
外延区内部设置有多层所述浮动结层，所述多层浮动结层之间沿纵向方向上下间隔平行设置。
[0008]在本专利技术的一个实施例中，所述浮动结层包括多个所述P型浮动结，所述P型浮动结沿横向方向间隔设置，每个P型浮动结均设置在一个所述表面P+区的正下方。
[0009]在本专利技术的一个实施例中，每个P型浮动结包括2N
‑
1个横向设置的浮动结单元，包括位于中心位置的第一浮动结单元以及分别位于所述第一浮动结单元两侧的掺杂浓度不同的N
‑
1个浮动结单元，所述P型浮动结整体的掺杂浓度从中心向两边递增，并且，所述P型浮动结整体的掺杂浓度相对于所述第一浮动结单元呈对称分布，其中，N为大于等于2的整数。
[0010]在本专利技术的一个实施例中，所有浮动结单元的厚度均相同，取值范围均为0.3～1.5μm。
[0011]在本专利技术的一个实施例中，所述P型浮动结的宽度取值范围为1～5μm，所述第一浮动结单元的宽度是其它浮动结单元宽度的2倍，其它浮动结单元的宽度均相同。
[0012]在本专利技术的一个实施例中，所述第一浮动结单元的掺杂浓度N
D1
为1
×
10
16
～1
×
10
19
cm
‑3，所述第n浮动结单元的掺杂浓度N
Dn
计算公式为：
[0013][0014]其中，第n浮动结单元表示从所述第一浮动结单元开始向两侧顺序排列的第n浮动结单元，2≤n≤N；W表示所述P型浮动结的宽度；当每层浮动结层存在多个P型浮动结时，S表示相邻P型浮动结在横向方向上的间距；当每层浮动结层仅存在一个P型浮动结时，S表示所述P型浮动结两侧分别与所述N
‑
外延区邻近侧边的间距之和。
[0015]在本专利技术的一个实施例中，所述背面电极与所述N+衬底区的接触界面为欧姆接触，所述正面电极与所述表面P+区的接触界面为欧姆接触，所述正面电极与所述N
‑
外延区的接触界面为肖特基接触。
[0016]在本专利技术的一个实施例中，所述背面电极所用金属包括Ni，所述正面电极所用金属包括Ti。
[0017]与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：
[0018]1、本专利技术提供的浮动结掺杂浓度呈阶梯渐变的碳化硅功率器件，通过设置P型浮动结掺杂浓度，使P型浮动结的掺杂浓度由P型浮动结中心至边缘阶梯渐变增大，改变了P型浮动结杂质分布结构，从而降低碳化硅功率器件在反向工作状态时P型浮动结中心处较高的电场峰值，同时P型浮动结间的N
‑
外延区耗尽更为充分，提高了P型浮动结之间N
‑
外延区较低的电场峰值，使得碳化硅功率器件总体的电场分布更加均匀，进一步优化了P型浮动结的作用，提高了碳化硅功率器件的击穿电压。
[0019]2、本专利技术提供的浮动结掺杂浓度呈阶梯渐变的碳化硅功率器件，可以根据工艺设备的可实现能力和设计需要，对P型浮动结的结构、掺杂浓度、宽度以及P型浮动结之间的横向距离进行预设置，便于实现，提高了工艺制备的灵活性。
[0020]以下将结合附图及实施例对本专利技术做进一步详细说明。
附图说明
[0021]图1是本专利技术实施例提供的一种浮动结掺杂浓度呈阶梯渐变的碳化硅功率器件的正面剖视图；
[0022]图2(a)是本专利技术实施例提供的另一种浮动结掺杂浓度呈阶梯渐变的碳化硅功率器件的正面剖视图；
[0023]图2(b)是本专利技术实施例提供的又一种浮动结掺杂浓度呈阶梯渐变的碳化硅功率器件的正面剖视图；
[0024]图3是根据图2(a)提供的一种浮动结掺杂浓度呈阶梯渐变的碳化硅功率器件中电场分布的截线位置；
[0025]图4是当碳化硅功率器件击穿时，传统浮动结的碳化硅功率器件与图2(a)提供的浮动结掺杂浓度呈阶梯渐变的碳化硅功率器件，在图3的浮动结间距中心处的电场分布比对；
[0026]图5是当碳化硅功率器件击穿时，传统浮动结的碳化硅功率器件与图2(a)提供的浮动结掺杂浓度呈阶梯渐变的碳化硅功率器件，在图3的浮动结边缘处的电场分布比对；
[0027]图6是当碳化硅功率器件击穿时，传统浮动结的碳化硅功率器件与图2(a)提供的浮动结掺杂浓度呈阶梯渐变的碳化硅功率器件，在图3的浮动结中心处的电场分布比对。
具体实施方式
[0028]下面结合具体实施例对本专利技术做进一步详细的描述，但本专利技术的实施方式不限于此。
[0029]在本专利技术的描述中，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种浮动结掺杂浓度呈阶梯渐变的碳化硅功率器件，其特征在于，包括背面电极(1)、N+衬底区(2)、N
‑
外延区(3)、浮动结层(100)、表面P+区(5)以及正面电极(6)，其中，所述N+衬底区(2)设置在所述背面电极(1)的上方；所述N
‑
外延区(3)设置在所述N+衬底区(2)与所述正面电极(6)之间；所述N
‑
外延区(3)上表面内部设置有至少一个所述表面P+区(5)；所述N
‑
外延区(3)内部设置有至少一层所述浮动结层(100)，所述浮动结层(100)设置在所述表面P+区(5)的下方，所述浮动结层(100)包括至少一个P型浮动结(4)，所述P型浮动结(4)设置在所述表面P+区(5)的正下方；每个P型浮动结(4)的掺杂浓度呈阶梯渐变，沿横向方向由中间向两侧递增。2.根据权利要求1所述的浮动结掺杂浓度呈阶梯渐变的碳化硅功率器件，其特征在于，所述N
‑
外延区(3)上表面内部设置有多个表面P+区(5)，每个表面P+区(5)沿横向方向间隔设置。3.根据权利要求2所述的浮动结掺杂浓度呈阶梯渐变的碳化硅功率器件，其特征在于，所述N
‑
外延区(3)内部设置有多层所述浮动结层(100)，所述多层浮动结层(100)之间沿纵向方向上下间隔平行设置。4.根据权利要求3所述的浮动结掺杂浓度呈阶梯渐变的碳化硅功率器件，其特征在于，所述浮动结层(100)包括多个所述P型浮动结(4)，所述P型浮动结(4)沿横向方向间隔设置，每个P型浮动结(4)均设置在一个所述表面P+区(5)的正下方。5.根据权利要求1所述的浮动结掺杂浓度呈阶梯渐变的碳化硅功率器件，其特征在于，每个P型浮动结(4)包括2N
‑
1个横向设置的浮动结单元，包括位于中心位置的第一浮动结单元以及分别位于所述第一浮动结单元两侧的掺杂浓度不同的N
‑
1个浮动结单元，所述P型...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩超，白博仪，袁昊，王东，吴勇，陶利，刘雄，陈兴，黄永，
申请(专利权)人：西安电子科技大学芜湖研究院，
类型：发明
国别省市：