[发明专利]一种高耐压的碳化硅肖特基二极管及其制造方法

说明书

本发明属于半导体器件的制造技术领域，涉及一种高耐压的碳化硅肖特基二极管，半导体基板包括N型碳化硅衬底及N型碳化硅外延层，在N型碳化硅外延层内的上部设有若干个间隔分立的条形第一P型阱区及条形第一N型阱区，在条形第一P型阱区和条形第一N型阱区下方或下表面设有若干个间隔分立的条形第二P型阱区及条形第二N型阱区，条形第一P型阱区分别与条形第二P型阱区、条形第二N型阱区间呈30度~90度的夹角；本发明通过在条形第一P型阱区下方设置与条形第一P型阱区呈一定夹角的条形第二P型阱区，同时提高条形P型阱区间条形N型阱区的掺杂浓度，大幅增加器件的击穿电压，改善器件的浪涌电流能力。

技术领域

本发明涉及一种二极管及制造方法，尤其是一种高耐压的碳化硅肖特基二极管及其制造方法，属于半导体器件的制造技术领域。

背景技术

功率器件及其模块为实现多种形式电能之间转换提供了有效的途径，在国防建设、交通运输、工业生产、医疗卫生等领域得到了广泛应用。自上世纪50年代第一款功率器件应用以来，每一代功率器件的推出，都使得能源更为高效地转换和使用。

传统功率器件及模块由硅基功率器件主导，主要以晶闸管、功率二极管、功率三极管、功率MOSFET以及绝缘栅场效应晶体管等器件为主，在全功率范围内均得到了广泛的应用，以其悠久历史、十分成熟的设计技术和工艺技术占领了功率半导体器件的主导市场。然而，随着功率半导体技术发展的日渐成熟，硅基功率器件其特性已逐渐逼近其理论极限。为了进一步提高功率器件的功率控制能力及能效，SiC、GaN等第三代宽禁带功率半导体应运而生，目前SiC、GaN宽禁带功率半导体性能、可靠性已得到广泛认可，是未来功率器件最主要的发展方向。

碳化硅(SiC)相比传统的硅材料具有禁带宽度大、击穿场强高、热导率高等优势。禁带宽度大使碳化硅的器件临界击穿电场大幅提升，可以大幅提升器件的耐压效率，并且可以降低器件导通时的电阻；高热导率可以大大提高器件可以工作的最高工作温度；并且在众多高功率应用场合，比如：高速铁路、混合动力汽车、 智能高压直流输电等领域，碳化硅基器件均被赋予了很高的期望。同时，碳化硅功率器件能够有效降低功率损耗，故此被誉为带动“新能源革命”的“绿色能源”器件。

目前，碳化硅功率器件主要包括二极管和MOSFET。对于碳化硅二极管，击穿电压、正向导通压降、结电容电荷和浪涌电流能力是其最主要电学参数。目前碳化硅二极管大多数采用结势垒肖特基二极管（JBS），如图1所示为典型的碳化硅JBS结构，在器件正常耐压时，P型阱区与N型外延层形成的PN结分散了肖特基势垒附近的电场，使得肖特基势垒难以击穿，但是PN结的存在减小了器件的电流导通面积，增大了器件的正向导通压降。如果采用间距较大的P阱，则导致器件的耐压效率进一步降低，无法实现高耐压的SiC器件。

故而，亟需一种能够同时提高SiC二极管耐压、降低器件正向导通压降的结构，以克服现有技术所存在的不足。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提出了一种高耐压的碳化硅肖特基二极管及其制造方法，通过在条形第一P型阱区下方设置与条形第一P型阱区呈30度~90度夹角的条形第二P型阱区，同时提高条形P型阱区间条形N型阱区的掺杂浓度，。

为实现以上技术目的，本发明的技术方案是：一种高耐压的碳化硅肖特基二极管，包括半导体基板，所述半导体基板包括N型碳化硅衬底及位于N型碳化硅衬底上的N型碳化硅外延层，其特征在于，在所述N型碳化硅外延层内的上部设有若干个间隔分立的条形第一P型阱区及位于相邻条形第一P型阱区间的条形第一N型阱区，在所述条形第一P型阱区和条形第一N型阱区下方或下表面设有若干个间隔分立的条形第二P型阱区及位于相邻条形第二P型阱区间的条形第二N型阱区，所述条形第一P型阱区分别与条形第二P型阱区、条形第二N型阱区间呈30度~90度的夹角。