[发明专利]用于增强可靠性的JBS碳化硅二级管器件结构及制造方法

说明书

本发明提供了一种用于增强可靠性的JBS碳化硅二级管器件结构及制造方法，包括碳化硅衬底、多层外延层、正面电极、势垒层、N型硅原子层、P型扩散区、P型分压环、N型截止环、复合终端钝化层、欧姆接触层以及背面电极；形成具有隔离缓冲层的双层碳化硅外延层，减少了碳化硅衬底的缺陷，提高产品的良品率和可靠性；通过N型截止环，可以有效的截断漏电通道产生的漏电流，有助于减少器件边缘漏电量大的情况发生；通过N型硅原子层，使得N型硅原子层与金属形成硅基势垒合金层，避免了碳化硅合金层带来的高势垒，降低正向导通时的势垒高度，使得JBS碳化硅二极管的正向开启电压VF大幅度降低，降低了二极管的开通损耗，提高了系统可靠性。

技术领域

本发明涉及JBS碳化硅二级管结构设计技术领域，具体地，涉及一种用于增强可靠性的JBS碳化硅二级管器件结构及制造方法。

背景技术

SiC(碳化硅)由于其禁带宽度是硅原子的3倍，高击穿场强(0.8E16～3E16V/cm)，是Si的10倍，以及高热导率(4.9W/cmK)，约是Si的3.2倍，因此，也称为宽禁带半导体材料，在产业界则称为第三代半导体材料，可在高温、高功率、高频的操作环境下正常发挥器件性能。因此第三代半导体-SIC(碳化硅)因其高禁带宽度、高阻断电压和高热导率等特性，成为制作高温、高频、抗辐射和大功率电力电子器件的理想半导体材料。

目前市场上存在普通平面型二级管和JBS二极管，普通平面型二级管由于正向压降低，功率小，开关速度高在直流低压大电流领域得到了广泛应用。但是，传统的平面型二极管的低压降、小功耗是以低势垒为前提的。较低的势垒高度会使器件反向漏电流增加，最高工作温度降低。

JBS二级管与普通平面型二级管的区别是，JBS在普通平面二级管的N-漂移区集成多个梳状的P型扩散区。相邻P型区之间的电流通道设计成在零偏和正偏时，保证不被夹断，允许正向电流通过栅间电流通道从器件的阳极流到阴极。在反偏时，当反偏压超过一定电压时，相邻的结耗尽区交迭，引起耗尽层穿通。耗尽层穿通后将在沟道中形成势垒，并使耗尽层向N-衬底扩展。因此势垒层屏蔽了外加电压对势垒的影响，防止了势垒降低现象的发生，反向漏流降低，器件耐压提高。

现有公开号为CN112289848A的中国专利，其公开了一种低功耗高性能超级结JBS二极管及其制造方法。利用传统硅基工艺技术制造一种低功耗高性能超级结JBS二极管，制作成本低；采用的大面积、高浓度、大结深特点的P重掺杂柱形区与N柱形漂移区，降低了正向导通电阻；形成超级结，通过优化电场分布，实现良好的反向阻断特性；通过对超级结参数的优化，可实现更高的阻断耐压，降低器件通态和断态功耗。

发明人认为现有技术中的JBS二极管容易受到衬底缺陷和界面不稳定性的影响，造成器件的可靠性差，且对于碳化硅器件在反向工作时，尤其在高温条件下工作时，当氧化层上的表面电荷足以引起n型半导体内产生较大漏电通道，器件边缘容易出现漏电大的问题，存在待改进之处。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种用于增强可靠性的JBS碳化硅二级管器件结构及制造方法。

根据本发明提供的一种用于增强可靠性的JBS碳化硅二级管器件结构,包括碳化硅衬底、多层外延层、正面电极、势垒层、N型硅原子层、P型扩散区、P型分压环、N型截止环、复合终端钝化层、欧姆接触层以及背面电极；所述背面电极、欧姆接触层以及碳化硅衬底从下往上依次叠加，所述多层外延层设置在碳化硅衬底的上方，所述P型扩散区、P型分压环以及N型截止环三者均设置在位于最上层的外延层内，所述P型扩散区设置在位于最上层的外延层的中部，所述P型分压环设置在P型扩散区的外侧，所述N型截止环在P型分压环的内外两侧分别设置有一组或多组；所述势垒层和正面电极二者在多层外延层上从下往上依次叠加，所述N型硅原子层设置在势垒层内，所述复合终端钝化层设置在多层外延层上，且所述复合终端钝化层将正面电极半包围并使正面电极的上表面局部裸露。