[发明专利]具有高电流容量的馈线设计

说明书

本发明涉及一种馈线设计，其被制造为由SiC半导体材料形成的结构，该结构包括至少两个位于n型SiC材料(3)中的p型栅格，并且包括至少一个外延生长的p型区域，其中在所述至少一个外延生长的p型区域上施加欧姆触点，在至少两个p型栅格的至少一部分和n型SiC材料(3)上施加外延生长的n型层，其中至少在至少分别靠近所述至少第一和第二拐角的第一和第二区域中施加所述至少两个p型栅格(4，5)，并且在没有任何栅格的第一和第二区域之间，在n型SiC材料(3)中存在一区域。

技术领域

本发明涉及一种SiC结构，其将外延PiN二极管与掩埋栅(BG)功率器件的馈线集成在一起，并且使用该BG保护PiN二极管的尖角免受电压闭锁下的高电场的影响。

背景技术

诸如JBS或MPS二极管之类的电流肖特基二极管以及MOSFET使用集成的PiN二极管或pn体二极管来处理大浪涌电流。根据现有技术的问题包括：

·由于有限的注入效率和高欧姆接触电阻，PiN二极管电流升高时，正向压降相对较高。

·由于肖特基模式下PN结处的压降，在高正向电压下从肖特基二极管到PiN二极管的特性切换引起回跳效应。

·由离子注入引起的双极退化，这降低了器件的性能和寿命。

嵌入式掺杂结构或掩埋栅(BG)可用于将肖特基接触或MOSFET与SiC功率半导体表面处的高电场隔离。因此，期望减轻半导体表面或与诸如栅极氧化物的其它电场敏感材料的界面处的电场。

尽管在JBS整流器中P+栅格主要用于在反向模式下屏蔽肖特基接触，但在MPS整流器中，嵌入式P+栅格具有另外的功能，并且相应的P⁺N结在导通状态下变为导电。正向偏置的P⁺N结将空穴注入到漂移层中，从而像在PiN整流器一样引起电导率调制。MPS二极管从类肖特基到类PiN的这种转变行为是施加电源所希望的。它要求与P+区域形成欧姆触点。MOSFET的P阱掺杂具有相似的功能，并且被称为“体二极管”。

由于离子注入是标准的工业化工艺，因此在大多数器件中通过离子注入形成P+栅是一种普遍的方法。优点是由于注入离子的散布而形成了自然的栅格圆化，从而减少了电场拥挤。为了提高注入效率，必须增加P+区域的厚度和掺杂。形成足够厚的高掺杂P+区域可能需要高能量和高剂量离子注入。高剂量离子注入会导致晶体损伤，从而导致所谓的双极降解，并显著降低P+区域的注入效率。此外，与注入的P区形成低电阻且均匀的欧姆接触也存在挑战。因此，导通状态特性从肖特基或MOSFET行为切换到PiN行为会在高得多的电压下发生，并会导致高回跳电压，这对于电源施加而言是不希望的。大多数市售的SiC器件都遭受这种后期注入行为的困扰。

P+区域可以通过离子注入或外延生长过程形成。这两个过程的优缺点如下：

离子注入的P区

优点：

·根据工艺温度和/或注入剂量，通过掩膜、氧化物或光刻胶掩膜选择性地掺杂的区域。

·掺杂的良好可控性以及晶圆上的均匀性。

·众所周知的掺杂技术。

缺点：

o由于从注入损伤残留下来的缺陷中心的重组而导致注入发射器效率低下→MPS整流器的浪涌电流容量受限。

o由于注入损伤随着注入剂量的增加而增加，掺杂水平受限。

o常用的受主和施主掺杂剂在SiC中不扩散→注入的pn结位于注入轮廓终止且注入损伤高的位置。

o由于注入能量的限制，厚度受到限制，根据注入的离子，1μm的厚度需要400-1000keV的注入能量。

o高能量注入是高成本的过程。