一種碳化硅二極管及其制造方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種微電子器件及其制造方法，具體涉及一種碳化硅二極管及其制造方法。
【背景技術】
[0002]碳化硅(SiC)具有大約3X 106V/cm的臨界擊穿場強、約2.0X 107cm/sec的高飽和漂移速度和約4.9W/cm.K的高熱導率，理論上可以制造出相對于硅(Si)器件更高耐壓、更高工作溫度、更大功率密度和更高頻率的器件。因此SiC被認為理想的適用于高壓應用。但是制造中的難點及制造過程的復雜程度限制了 SiC器件在高電壓場合中的應用。

【發(fā)明內容】

[0003]針對現有技術的不足，本發(fā)明的一個目的是提供一種具有臺面邊緣端接的碳化硅二極管，另一個目的是提供一種用于制造這種具有臺面邊緣端接的碳化硅二極管的方法，本發(fā)明使碳化硅二極管制造過程簡化，耐壓能力提高，防止器件邊緣末端擊穿以及擊穿電壓漂移，提高反向工作電壓，減小反向漏電流，增加穩(wěn)定性。
[0004]本發(fā)明的目的是采用下述技術方案實現的:
[0005]本發(fā)明提供一種碳化硅二極管，其改進之處在于，所述碳化硅二極管包括:
[0006]具有第一導電類型的碳化娃襯底；
[0007]所述碳化娃襯底上具有低摻雜濃度的第一導電類型的第一層碳化娃;
[0008]第一區(qū)碳化娃,具有第二導電類型且在第一層碳化娃上形成；
[0009]第二區(qū)碳化硅，具有第二導電類型且在第一區(qū)碳化硅之上，第二區(qū)碳化硅、第一區(qū)碳化硅和第一層碳化硅形成臺面結構，用于為碳化硅二極管提供邊緣末端保護；
[0010]第二區(qū)碳化硅上的第一電極；以及
[0011]碳化硅襯底上的第二電極。
[0012]進一步地，所述碳化硅二極管包括第二層碳化硅，其排列在碳化硅襯底與第一層碳化娃之間，第二層碳化娃是第一導電類型的，且其摻雜濃度大于第一層碳化娃的摻雜濃度。
[0013]進一步地，第二區(qū)碳化硅、第一區(qū)碳化硅和第一層碳化硅被構造成一個臺面結構。
[0014]進一步地，所述第二區(qū)碳化硅由一個第二導電類型的碳化硅層組成。
[0015]進一步地，所述第二區(qū)碳化硅由兩個或兩個以上層疊的第二導電類型的碳化硅層組成。
[0016]進一步地，所述第一區(qū)碳化硅在第一層碳化硅上形成。
[0017]進一步地，所述第一區(qū)碳化硅位于第二區(qū)碳化硅的外邊緣。
[0018]進一步地，所述第一區(qū)碳化娃由一個第二導電類型且其摻雜濃度大于第一層碳化硅摻雜濃度的碳化硅層組成，用于形成邊緣末端保護。
[0019]進一步地，所述第一區(qū)碳化硅由兩個或兩個以上第二導電類型且其摻雜濃度大于第一層碳化硅摻雜濃度的碳化硅層組成，用于形成邊緣末端保護。
[0020]進一步地，所述第一導電類型包含η型導電性碳化硅，且第二導電類型包含P型導電性碳化硅；或
[0021]所述第一導電類型包含P型導電的碳化硅，且第二導電類型包含η型導電性碳化硅。
[0022]進一步地，所述第一電極由鈦或鈦金屬合金層疊層構成。
[0023]本發(fā)明基于另一目的提供的一種碳化硅二極管的制造方法，其改進之處在于，所述制造方法包括下述步驟:
[0024]Α、在碳化硅襯底上外延碳化硅；
[0025]B、在碳化硅上淀積氧化物層或層疊層作為第一掩膜層；
[0026]C、在第一掩膜層上形成有機掩膜層,對有機掩膜層進行光刻；
[0027]D、通過逐漸變化的有機掩膜層實現漸變的氧化物層側壁和圖形化；
[0028]Ε、使用反應離子刻蝕碳化硅，并將氧化物層的圖形轉移到碳化硅上；
[0029]F、通過離子注入第二導電類型的摻雜劑在碳化硅上形成邊緣末端保護；
[0030]G、在碳化硅表面制作金屬層并將氧化物層去除，形成歐姆接觸電極；
[0031]H、制作碳化硅表面保護層，并形成電極接觸窗口 ；
[0032]1、封裝成碳化硅二極管器件。
[0033]進一步地，所述步驟A中，在具有高濃度η型碳化硅襯底上形成η型外延層第一層碳化娃；該η型外延層具有從5到350 μ m的厚度和從I X 114CnT3到I X 117CnT3的η型摻雜濃度；
[0034]第一層碳化娃12與碳化娃襯底10之間具有η型第二層碳化娃,該η型外延層具有從I到1ym的厚度和從I X 117CnT3到2 X 11W3的η型摻雜濃度；
[0035]然后在η型第一層碳化硅上生長P型第三層碳化硅；ρ型第三層碳化硅13具有從0.1到5 μ m的厚度和從I X 117CnT3到約5 X 1018cm_3的p型摻雜濃度；
[0036]在P型第三層碳化硅上制作用以形成歐姆接觸的P型第四層碳化硅，以提供第一電極的歐姆接觸；p型第四層碳化硅14具有從0.01到I μ m的厚度，且具有從5 X 118CnT3到I X 102°cm_3的P型摻雜濃度。
[0037]進一步地，所述步驟B中，在P型第四層碳化硅上形成第一掩膜層，第一掩膜層為單層氧化物或氧化物層疊。
[0038]進一步地，所述步驟C中，在第一掩膜層上形成光刻掩膜第二掩膜層，并將第二掩膜層圖形化。
[0039]進一步地，所述步驟D中，通過第二掩膜層的圖形完成第一掩膜層的圖形化；第二掩膜層隨著第一掩膜層的腐蝕逐漸氧化并被腐蝕溶液去除，形成傾斜漸變的第一掩膜層側壁；所述第二掩膜層厚度為0.5 μ m到5 μ m ;第一掩膜層的單層氧化物或氧化物層疊具有從115CnT3到119CnT3的摻雜濃度。
[0040]進一步地，所述步驟E中，去除第二掩膜層，并將圖形化的第一掩膜層的圖形轉移到對應的碳化硅上，通過利用具有側壁形貌的圖案化的第一掩膜層作為反應離子刻蝕掩膜形成碳化娃臺面結構；
[0041]臺面結構從第二碳化硅區(qū)延伸到η型第一層碳化硅，第二碳化硅區(qū)在P型第三層碳化娃和P型第四層碳化娃上形成；在第二碳化娃區(qū)的第一層碳化娃上制作低摻雜濃度第一碳化硅區(qū)，摻雜從IXlO16cnT3到IXlO19cnT3的P型摻雜劑，用于提供臺面底端的電壓分擔結構。
[0042]進一步地，所述步驟F中，去除第一掩膜層，制作并圖案化第三掩膜層以形成具有對應于P型第一碳化硅區(qū)的窗口 ；p型第一碳化硅區(qū)通過圖案化的第三掩膜層在η型第一層碳化娃中注入P型摻雜劑來形成；Ρ型第一碳化娃區(qū)的摻雜劑濃度是第三層碳化娃的摻雜劑濃度的10%至100%。
[0043]進一步地，所述步驟G中，去除第三掩膜層并淀積氧化物或鈍化材料的表面鈍化保護層的形成；表面鈍化保護層具有從0.1 μ m到2 μ m的厚度；碳化硅二極管暴露到從900°C到1850°C的高溫退火長達1-100分鐘。
[0044]進一步地，所述步驟H中，在表面鈍化保護層中形成接觸窗口，并通過接觸窗口來形成第一電極；并在碳化硅襯底上形成第二電極；制作的金屬電極接觸在從900°C到1500 V的高溫下進行合金化或在金屬電極接觸上濺射覆蓋金屬層，用于引線的連接。
[0045]與現有技術比，本發(fā)明達到的有益效果是:
[0046]1、本發(fā)明提供的具有臺面邊緣端接的碳化硅二極管，以及用于制造具有臺面邊緣端接的碳化硅二極管的方法，使碳化硅二極管制造方法簡化，耐壓能力提高，防止器件邊緣擊穿以及擊穿電壓漂移，提高反向工作電壓，減小反向漏電流，增加穩(wěn)定性。
[0047]2、本發(fā)明涉及的具有臺面終端保護結構的二極管更易于制造，且可具有優(yōu)于平面終端二極管的改善的終端效率和可靠性。由于傾斜臺面?zhèn)缺诘拇嬖?，碳化硅表面的電場分布更加均勻，因此可提供更高電壓的保護而不會在臺面底端或結的位置發(fā)生擊穿。
[0048]3、本發(fā)明提供的碳化硅二極管制作方法更為簡單，其能夠具有相同或者更高的性能特征，特別是高電壓耐受性能。
【附圖說明】
[0049]圖1是本發(fā)明提供的具體實施例的碳化硅二極管器件的截面圖；
[0050]圖2是本發(fā)明提供的在碳化硅上形成第一層掩膜的碳化硅二極管結構圖；
[0051]圖3是本發(fā)明提供的在第一層掩膜上形成第二層掩膜并圖案化后的碳化硅二極管結構圖；
[0052]圖4是本發(fā)明提供的將第一層掩膜圖案化以形成對應于第二掩膜的具有傾斜漸變的側壁形貌的碳化硅二極管結構圖；
[0053]圖5是本發(fā)明提供的去除第二層掩膜，并形成與第一層掩膜對應的碳化硅圖案；
[0054]圖6是本發(fā)明提供的去除第一層掩膜后的碳化硅二極管結構圖；
[0055]圖7是本發(fā)明提供的圖案化另一掩膜形成具有對應于注入第二導電類型碳