【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及半導體，尤其涉及一種碳化硅功率二極管器件結構及其制備方法。
技術介紹
1、隨著碳化硅功率器件的應用市場越來越成熟，可靠性問題也被視作碳化硅功率器件發展的重要瓶頸之一，尤其對于新能源車、光伏等戶外應用場景，對器件耐受高溫高濕以及不間斷的冷熱沖擊的能力要求愈發提高。
2、碳化硅功率二極管的反偏能力大部分由終端區域提供，傳統的器件結構為防止濕氣與可動離子進入終端，主要采用在終端結構上覆蓋單層至多層材料作為鈍化層來保護終端，主要以氮化物、二氧化硅以及聚酰亞胺作為主要材料。目前絕大部分的碳化硅功率二極管的鈍化材料由pecvd沉積，生長覆蓋在場氧層并延伸到正面金屬層上，如圖1所示。
3、目前傳統的鈍化層不可或缺的材料是氮化硅(si3n4)，氮化硅是惰性介質，化學穩定性好，有高電阻率、耐高溫、抗熱沖擊的能力，且結構致密，硬度大、疏水性好，真空密度低，氣體和水汽難以通透。在溫度循環(tc)、溫度沖擊(ts)或實際應用的升溫-冷卻過程中，由于氮化硅的熱膨脹系數要遠小于金屬與塑封樹脂(emc)，導致氮化硅的臺階處出現層間應力集中點，具體見圖2，鈍化層極容易在臺階處發生開裂。污染離子（如na+等）以及水汽會通過裂縫，并直接影響到終端的電場分布，嚴重時導致器件反向漏電流過大，最終可能導致器件失效。
4、本申請通過調整正面金屬層的結構，解決了氮化硅臺階覆蓋率差的問題，大大減輕了鈍化層臺階處的應力，極大的提高了碳化硅功率二極管的可靠性。
5、公開于該
技術介紹
部分的信息僅僅旨在加深對本專利技術的總
技術實現思路
1、針對現有技術中存在的問題，本專利技術的目的在于提供一種碳化硅功率二極管器件結構及其制備方法，以解決現有技術中存在的問題。
2、為了實現上述目的，本專利技術采用以下技術方案：
3、一種碳化硅功率二極管器件結構，包括背面金屬層、碳化硅襯底、碳化硅外延、多次離子注入形成的p+摻雜區、在碳化硅外延上熱氧化生長的場氧層、肖特基接觸金屬、第一正面金屬層、第一鈍化層以及第二鈍化層；所述第一正面金屬層的表面設置第二正面金屬層。
4、進一步，所述第二正面金屬層將金屬層向外延伸到所述場氧層上方形成場板終端。
5、進一步，所述第二正面金屬層不壓在p+終端環上形成場板結構。
6、進一步，所述肖特基接觸金屬的制備材料包括al、ti、ni、mo。
7、進一步，所述第一正面金屬層和第二正面金屬層制備材料包括al、ag、au、ni。
8、進一步，所述第二正面金屬層的厚度≤0.5um。
9、進一步，所述第一鈍化層為疏水性薄膜，材質包括sin、sio2/sin復合結構、al2o3；所述第二鈍化層的材質為聚酰亞胺。
10、一種碳化硅功率二極管器件結構的制備方法，所述制備方法包括如下步驟：
11、s1、碳化硅襯底選擇n型襯底，其直徑為4吋至12吋之間，晶型為4h-sic?，厚度為350um，摻雜濃度是1e18/cm3至1e20/cm3之間；
12、s2、對碳化硅襯底進行rca清洗去除沾污后，在碳化硅襯底上進行碳化硅外延的生長；生長方式為通過化學氣相沉積法或物理氣相沉積法進行；碳化硅外延的厚度是5-30um之間；
13、s3、當碳化硅外延完成清洗以及對位刻蝕標記后，墊積掩膜層，通過光刻轉移圖形至掩膜上，然后通過刻蝕的方法來暴露出離子注入區域；
14、s4、通過高溫離子注入al離子形成有源區和終端區的p+注入區；有源區的注入區域為條形、方形、六角形或圓形；離子注入為一次至多次的離子注入，對注入的離子進行激活形成p+摻雜區；而后通過腐蝕與清洗的方法去除掉掩膜層；
15、s5、在碳化硅外延表面淀積二氧化硅，而后對二氧化硅介質層進行刻蝕后暴露出有源區，形成場氧層的完整結構；
16、s6、在碳化硅外延表面淀積肖特基金屬層，這種淀積通過濺射或蒸發的方法進行；在淀積后再進行退火處理形成肖特基接觸金屬；此處退火溫度在400-600℃之間，退火時間在30s-60min內；肖特基接觸金屬是ti、tin、ni、ag、w、pt、mo中的一種或其中兩種至多種的復合結構，厚度在50-500nm之間；
17、s7、在肖特基接觸金屬上淀積正面金屬層，這種淀積通過濺射或蒸發的方法進行；淀積后通過光刻轉移圖形形成刻蝕阻擋層，而后通過刻蝕的方式形成第一正面金屬層；這種刻蝕方法是干法刻蝕、濕法刻蝕或兩種方式結合進行；第一正面金屬層是al、cu、ag、au中的一種或其中兩種至多種的組合，厚度在3-5um之間；
18、s8、在第一正面金屬層上方淀積第二正面金屬層，這種淀積通過濺射或蒸發的方法進行；淀積后進行刻蝕的方式形成第二正面金屬層；這種刻蝕方法是干法刻蝕、濕法刻蝕或兩種方式結合進行；第二正面金屬層是al、cu、ag、au中的一種或其中兩種至多種的組合，厚度在0.2-0.5um之間；
19、s9、用pevcd的方法來進行第一鈍化層以及第二鈍化層的淀積；第一鈍化層的材質包括sin、sio2/sin復合膜層、al2o3疏水結構，以阻擋污染離子以及水汽進入到終端區域；
20、s10、在第一鈍化層與第二正面金屬層的表面進行第二鈍化層的生長；第二鈍化層為聚酰亞胺或復合鈍化層結構，通過pecvd的方法生長；用于緩沖第一鈍化層與塑封樹脂之間的應力，減小金屬與膜層之間的應力，并且消除了鈍化層臺階下方開裂的隱患，保護器件的終端結構，提升器件的可靠性；
21、s11、在碳化硅襯底的背面生長歐姆接觸金屬，這種生長通過濺射或者蒸發的方式進行，并通過高溫退火工藝最終形成背面金屬層；其中在生長歐姆接觸金屬時選擇背面減薄工藝以去除碳化硅襯底背面的劃痕、沾污與缺陷，并優化器件的正向導通能力；背面金屬層的材料是ti、ni、ag、au、cu中的一種或其中兩種或多種的復合結構。
22、采用上述技術方案，本專利技術具有如下有益效果：
23、本申請通過創新性的提出了一種具有第二正面金屬層的碳化硅功率二極管器件結構。通過這種方式來達到減薄正面金屬層以降低鈍化層應力的目的，提高了器件的可靠性。既可以通過場板與終端環相結合的方案，也可以通過場限環結構的終端來實現這種特殊金屬結構的器件結構，在半導體器件領域具有獨創性。
本文檔來自技高網...【技術保護點】
1.一種碳化硅功率二極管器件結構，其特征在于，包括背面金屬層（110）、碳化硅襯底（101）、碳化硅外延（102）、多次離子注入形成的P+摻雜區（103）、在碳化硅外延上熱氧化生長的場氧層（104）、肖特基接觸金屬（105）、第一正面金屬層（106）、第一鈍化層（108）以及第二鈍化層（109）；所述第一正面金屬層（106）的表面設置第二正面金屬層（107）。
2.根據權利要求1所述的碳化硅功率二極管器件結構，其特征在于，所述第二正面金屬層（107）將金屬層向外延伸到所述場氧層（104）上方形成場板終端。
3.根據權利要求1所述的碳化硅功率二極管器件結構，其特征在于，所述第二正面金屬層（107）不壓在P+終端環上形成場板結構。
4.根據權利要求1所述的碳化硅功率二極管器件結構，其特征在于，所述肖特基接觸金屬（105）的制備材料包括Al、Ti、Ni、Mo。
5.根據權利要求1所述的碳化硅功率二極管器件結構，其特征在于，所述第一正面金屬層（106）和第二正面金屬層（107）制備材料包括Al、Ag、Au、Ni。
6.根據權利要
7.根據權利要求1所述的碳化硅功率二極管器件結構，其特征在于，所述第一鈍化層（108）為疏水性薄膜，材質包括SiN、SiO2/SiN復合結構、Al2O3；所述第二鈍化層（109）的材質為聚酰亞胺。
8.一種權利要求1-7任一所述的碳化硅功率二極管器件結構的制備方法，其特征在于，所述制備方法包括如下步驟：
...【技術特征摘要】
1.一種碳化硅功率二極管器件結構，其特征在于，包括背面金屬層（110）、碳化硅襯底（101）、碳化硅外延（102）、多次離子注入形成的p+摻雜區（103）、在碳化硅外延上熱氧化生長的場氧層（104）、肖特基接觸金屬（105）、第一正面金屬層（106）、第一鈍化層（108）以及第二鈍化層（109）；所述第一正面金屬層（106）的表面設置第二正面金屬層（107）。
2.根據權利要求1所述的碳化硅功率二極管器件結構，其特征在于，所述第二正面金屬層（107）將金屬層向外延伸到所述場氧層（104）上方形成場板終端。
3.根據權利要求1所述的碳化硅功率二極管器件結構，其特征在于，所述第二正面金屬層（107）不壓在p+終端環上形成場板結構。
4.根據權利要求1所述的碳化硅功率二極...
【專利技術屬性】
技術研發人員：楊皓宇，倪煒江，郝志杰，
申請(專利權)人：安徽芯塔電子科技有限公司，
類型：發明
國別省市：
還沒有人留言評論。發表了對其他瀏覽者有用的留言會獲得科技券。