本發(fā)明涉及微電子，具體涉及一種碳化硅二極管及其制造方法。

背景技術：

1、傳統(tǒng)硅基半導體器件的性能已經(jīng)逐漸接近材料的物理極限，而采用以碳化硅為代表的第三代半導體材料所制作的器件具有高頻、高壓、耐高溫、抗輻射等優(yōu)異的工作能力。

2、sic?mosfet作為sic器件的代表，具備低導通損耗、快開關速度、高工作頻率等諸多優(yōu)異特性，現(xiàn)已逐漸在電動汽車、充電樁、新能源發(fā)電、工業(yè)控制、柔性直流輸電等應用場景中得到推廣和使用，由于碳化硅器件在不同的工作場景中需要挑戰(zhàn)一些極限環(huán)境，比如在高溫、高脈沖電流的環(huán)境下使用，因此還需要提升碳化硅器件的可靠性。

3、可靠性提升的設計中，一種常見的方法是提升肖特基二極管的抗浪涌電流能力，普通肖特基二極管采用pn交替的方式陣列排列，正向通過n區(qū)肖特基降低開啟電壓，降低正向壓降，從而減小常高溫下的導通電阻；另一方面通過p區(qū)形成pn結，利用pn結反向阻斷特性，降低反向漏電流，提升擊穿電壓。但是，由于普通肖特基二極管的p區(qū)正向未形成歐姆接觸，勢壘較高，pn結在正向狀態(tài)下不導通；因此，普通肖特基二極管的高抗浪涌電流特性無法顯示；另一方面sic二極管芯片在工作狀態(tài)下，由于芯片不同區(qū)域散熱效率的不同，芯片不同區(qū)域間會出現(xiàn)溫度梯度，芯片中央?yún)^(qū)域往往表現(xiàn)出較高的結溫，使得sic二極管芯片在部分區(qū)域結溫未達極限的情況下仍存在高溫失效的風險，對sic二極管芯片的可靠性造成不利影響。

4、綜上，還需要優(yōu)化設計，以利用pn結提升浪涌電流能力，并能改善溫度分布情況，減少積熱情況的發(fā)生，以提升整體可靠性。

技術實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明所要提供的是一種結構改進的碳化硅二極管，以解決上述問題。

2、本發(fā)明為解決上述技術問題采用以下技術方案：

3、一方面，本發(fā)明提供一種碳化硅二極管，其包括襯底；

4、所述襯底上沿垂直方向依次設有緩沖層、n型漂移區(qū)、接觸金屬層、外側金屬層；

5、所述緩沖層的上表面設有所述n型漂移區(qū)；所述n型漂移區(qū)的漂移區(qū)域隔嵌有多個p型摻雜區(qū)；

6、所述n型漂移區(qū)的上表面設有所述接觸金屬層；所述接觸金屬層分別與所述n型漂移區(qū)和所述p型摻雜區(qū)接觸；所述p型摻雜區(qū)與所述接觸金屬層的接觸區(qū)寬度沿所述n型漂移區(qū)的外緣至中心方向依次遞增；

7、所述接觸金屬層的上表面設有所述外側金屬層。

8、可選的，所述p型摻雜區(qū)包括p型低摻雜區(qū)和p型高摻雜區(qū)；

9、所述p型高摻雜區(qū)與所述接觸金屬層形成類歐姆接觸區(qū)域；

10、相鄰p型摻雜區(qū)與所述接觸金屬層形成肖特基接觸區(qū)域。

11、可選的，所述p型低摻雜區(qū)的摻雜寬度范圍為0.1μm-10μm；

12、所述p型低摻雜區(qū)的深度范圍為0.5μm-10μm；

13、所述p型低摻雜區(qū)的摻雜濃度范圍為1×1015cm-3-1×1019cm-3。

14、可選的，所述p型高摻雜區(qū)的摻雜寬度范圍為0.1μm-10μm；

15、所述p型高摻雜區(qū)的深度范圍為0.5μm-10μm；

16、所述p型高摻雜區(qū)的摻雜濃度范圍為1×1019cm-3-1×1020cm-3。

17、可選的，n型漂移區(qū)外緣處p型摻雜區(qū)與所述接觸金屬層的接觸區(qū)寬度的范圍為0.1μm-3μm；

18、n型漂移區(qū)中心處p型摻雜區(qū)與所述接觸金屬層的接觸區(qū)寬度的范圍為1μm-10μm。

19、可選的，所述p型摻雜區(qū)與所述接觸金屬層的接觸區(qū)寬度遞增梯度范圍為每微米增加1μm-10μm。

20、可選的，所述p型摻雜區(qū)的上表面與所述n型漂移區(qū)的上表面的間距范圍為0-100μm。

21、可選的，所述p型摻雜區(qū)的表面輪廓為條形、間隔條形、正四邊形、正六邊形中的至少一種；

22、所述p型摻雜區(qū)與所述接觸金屬層的接觸區(qū)寬度為所述p型摻雜區(qū)的表面輪廓的最大寬度。

23、可選的，所述接觸金屬層為鈦金屬層或鎳金屬層，或鈦鎳合金層。

24、可選的，所述襯底的下表面還設有背面金屬層。

25、另一方面，本發(fā)明還提供一種碳化硅二極管制造方法，其主要包括如下步驟：

26、對襯底進行預處理；

27、在所述襯底上制備外延層，所述外延層至少包括緩沖層和n型漂移區(qū)；

28、通過掩膜版在所述外延層上制備二氧化硅掩膜；

29、基于光刻法和干刻法加工p型摻雜區(qū)的掩膜結構，并通過離子注入法對所述p型摻雜區(qū)摻雜；

30、在所述外延層上通過沉積法依次加工接觸金屬層和外側金屬層。

31、本發(fā)明采用以上技術方案與現(xiàn)有技術相比，具有以下技術效果：

32、本發(fā)明利用p型摻雜區(qū)的接觸區(qū)寬度自所在區(qū)域的邊緣至中心呈遞增的非均勻分布規(guī)律，從而降低器件中央?yún)^(qū)域較高的結溫，使器件的溫度分布較為均勻，以提高碳化硅二極管的可靠性。

技術特征：

1.一種碳化硅二極管，其特征在于，包括襯底；所述襯底上沿垂直方向依次設有緩沖層、n型漂移區(qū)、接觸金屬層、外側金屬層；

2.根據(jù)權利要求1所述的碳化硅二極管，其特征在于，所述p型摻雜區(qū)包括p型低摻雜區(qū)和p型高摻雜區(qū)；

3.根據(jù)權利要求2所述的碳化硅二極管，其特征在于，所述p型低摻雜區(qū)的摻雜寬度范圍為0.1μm-10μm；

4.根據(jù)權利要求2所述的碳化硅二極管，其特征在于，所述p型高摻雜區(qū)的摻雜寬度范圍為0.1μm-10μm；

5.根據(jù)權利要求3或4所述的碳化硅二極管，其特征在于，n型漂移區(qū)外緣處p型摻雜區(qū)與所述接觸金屬層的接觸區(qū)寬度的范圍為0.1μm-3μm；

6.根據(jù)權利要求5所述的碳化硅二極管，其特征在于，所述p型摻雜區(qū)與所述接觸金屬層的接觸區(qū)寬度遞增梯度范圍為每微米增加1μm-10μm。

7.根據(jù)權利要求1所述的碳化硅二極管，其特征在于，所述p型摻雜區(qū)的上表面與所述n型漂移區(qū)的上表面的間距范圍為0-100μm。

8.根據(jù)權利要求1所述的碳化硅二極管，其特征在于，所述p型摻雜區(qū)的表面輪廓為條形、間隔條形、正四邊形、正六邊形中的至少一種；

9.根據(jù)權利要求1所述的碳化硅二極管，其特征在于，所述接觸金屬層為鈦金屬層或鎳金屬層，或鈦鎳合金層。

10.根據(jù)權利要求1所述的碳化硅二極管，其特征在于，所述襯底的下表面還設有背面金屬層。

11.一種碳化硅二極管制造方法，其特征在于，包括如下步驟：

技術總結
一種碳化硅二極管及其制造方法，其包括襯底，襯底上沿垂直方向依次設有緩沖層、n型漂移區(qū)、接觸金屬層、外側金屬層。其中，n型漂移區(qū)的漂移區(qū)域隔嵌有多個p型摻雜區(qū)。接觸金屬層分別與n型漂移區(qū)和p型摻雜區(qū)接觸，且p型摻雜區(qū)與接觸金屬層的接觸區(qū)寬度沿邊緣至中心方向依次遞增。本發(fā)明利用p型摻雜區(qū)的接觸區(qū)寬度自所在區(qū)域的邊緣至中心呈遞增的非均勻分布規(guī)律，從而降低器件中央?yún)^(qū)域較高的結溫，使器件的溫度分布較為均勻，以提高SiC二極管的可靠性。

技術研發(fā)人員：牛喜平,金銳,李哲洋,桑玲,謝偉,華斌
受保護的技術使用者：北京智慧能源研究院
技術研發(fā)日：
技術公布日：2024/12/23