[发明专利]优化热分布的碳化硅肖特基二极管及其制造方法

说明书

本发明涉及半导体技术领域，具体公开了一种优化热分布的碳化硅肖特基二极管及其制造方法，其中：自下而上依次设置阴极电机、N型碳化硅衬底、N型外延层和阳极电极，所述N型外延层的上表面中部形成电流抑制区，所述电流抑制区中间隔地分布多个第二P型阱区，所述电流抑制区周围的N型外延层上表面间隔地分布多个第一P型阱区，所述第二P型阱区在电流抑制区中的面积占比大于第一P型阱区在芯片去除电流抑制区上的面积占比。本发明通过降低芯片中央的电流密度，明显降低了芯片中央的温度，因此使得芯片温度分布均匀，提高器件的额定电流。

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，尤其涉及一种优化热分布的碳化硅肖特基二极管及其制造方法。

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PIN器件、功率双极结型器件、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。研究人员在硅基功率器件狭窄的优化空间中努力寻求更佳参数的同时，也注意到了SiC、GaN等第三代宽带隙半导体材料在大功率、高频率、耐高温、抗辐射等领域中优异的材料特性。

碳化硅(SiC)材料凭借其优良的性能成为了国际上功率半导体器件的研究热点。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本征载流子浓度低，从而减小了器件的反向电流；高的击穿场强可以大大提高功率器件的反向击穿电压，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，额定电流是指能够长期连续工作的电流，现有的碳化硅二极管在导通电流时，芯片中央的电流密度高于芯片边缘，这导致芯片中央的温度高于芯片边缘，这种电流分布不均匀的现象会严重降低器件的额定电流。故而，亟需一种能使得芯片温度分布均匀的碳化硅肖特基二极管结构，以克服现有技术所存在的不足。

发明内容

为了解决现有技术中存在的不足，本发明提供一种优化热分布的碳化硅肖特基二极管及其制造方法，能够明显抑制芯片中央电流集中的现象，从而使得芯片中央的温度下降。

根据本发明提供的技术方案，本发明的第一方面，提供一种优化热分布的碳化硅肖特基二极管，所述优化热分布的碳化硅肖特基二极管的元胞结构包括：自下而上依次设置阴极电极，N型碳化硅衬底，N型外延层和阳极电极；所述N型外延层的上表面中部形成电流抑制区，所述电流抑制区中间隔地分布多个第二P型阱区，相邻两个第二P型阱区之间形成第二N型阱区；所述电流抑制区周围的N型外延层上表面间隔地分布多个第一P型阱区，相邻两个所述第一P型阱区之间形成第一N型阱区。

进一步地，所述第二P型阱区在电流抑制区中的面积占比为a，第一P型阱区在芯片去除电流抑制区上的面积占比为b，所述a大于b。

进一步地，所述电流抑制区在整个芯片内的面积占比为10%至90%。

作为本发明的第二方面，提供一种优化热分布的碳化硅肖特基二极管的制造方法，所述优化热分布的碳化硅肖特基二极管的制造方法具体包括以下步骤：

S1：提供N型碳化硅衬底；

S2：采用外延工艺，在所述N型碳化硅衬底的上表面生长出N型外延层；