一种带有沟槽结构的高压宽禁带二极管芯片的制作方法

本发明属于宽禁带半导体领域，具体涉及一种带有沟槽结构的高压宽禁带二极管芯片。

背景技术：

随着新能源的大力发展及电力电子的广泛应用，普通si基器件无法满足在高压高温高频率环境下的应用。而宽禁带半导体如sic和gan材料具有击穿电压高、工作损耗低以及热导率高等优良特性，为新一代电力电子器件和系统提供了可能。然而，由于宽禁带半导体功率器件的成本较高，且其传统设计的制作工艺复杂，急需一种简单有效的设计来降低其制作成本。

技术实现要素：

针对现有技术的缺陷，本发明提供一种带有沟槽结构的高压宽禁带二极管芯片。本发明通过在有源区（a1）和结终端区域（a2）引入统一的沟槽结构（004），使得芯片可以用同一套工艺实现两个区域的加工，大大降低产品加工成本。

实现本发明目的的技术方案为：

一种带有沟槽结构的高压宽禁带二极管芯片，包括：

底部阴极电极层（001），重掺杂n型半导体材料层（002），轻掺杂的n型半导体材料层（003），从表面伸入轻掺杂的n型半导体材料层（003）的沟槽结构（004）；

所述沟槽结构（004）的底部与侧壁被p型半导体材料（005）包围；

所述高压宽禁带二极管芯片分为有源区（a1）与结终端区域（a2），在有源区（a1）顶部设有阳极电极层（006），在结终端区域（a2）顶部设有钝化层（007）。

其中，所述的半导体材料为宽禁带半导体材料，其禁带宽度大于2.0ev，可为碳化硅、氮化镓、氧化镓、氮化铝、金刚石之中的至少一种或者几种组成。

其中，所述的阳极电极层（006）由ti、ni、mo、pt、si、al、tin、w、au之中的至少一种组成。

其中，所述的钝化层由绝缘材料组成，至少包含聚酰亚胺、二氧化硅、氮化硅、掺杂或者不掺杂的硅玻璃之中的至少一种。

其中，所述的沟槽结构（004）伸入轻掺杂的n型半导体材料层（003）的深度在0.1um~5um，其侧壁与底部平面形成的夹角为80°到135°，所述的包围其侧壁与底部的p型半导体材料（005）的最低厚度为0.1um。

其中，所述的有源区（a1）设置在芯片中央，其范围内存在多个沟槽结构（004），且相邻两个沟槽结构（004）之间的最短距离在0.1um~10um范围内。

其中，所述的结终端区域（a2）设置在有源区（a1）外围并靠近芯片边缘，其范围内存在的多个沟槽结构（004），所述多个沟槽结构（004）均为条形环状且环绕有源区（a1）。

其中，所述的多个沟槽结构（004）的数量至少为2个，且从离有源区（a1）最近的沟槽结构（004）内侧到从离有源区（a1）最远的沟槽结构（004）的外侧的最短距离大于所述轻掺杂的n型半导体材料层（003）的厚度的3倍。

其中，所述沟槽结构（004）在制备过程中由同一次光刻工艺定义所述沟槽结构（004）的刻蚀和其周围p型半导体材料（005）的掺杂。

附图说明

图1是本发明一种实施例的纵切图。

图2是本发明的一种实施例顶视图：有源区带有条形网状布局的沟槽结构。

图3是本发明的一种实施例顶视图：有源区带有圆形岛状布局的沟槽结构。

图4是本发明所述沟槽结构的一种可能的制作方法示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案的优点更清晰明白，以下结合实施例并参考附图，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明的实施例一中，所述的半导体材料为碳化硅材料。

本发明的实施例一中，所述的阳极电极层（006）由ti/tin/al三种金属组成。

本发明的实施例一中，所述的钝化层由聚酰亚胺组成。

本发明的实施例一中，所述的沟槽结构（004）伸入轻掺杂的n型半导体材料层（003）的深度在0.6um，其侧壁与底部平面形成的夹角为100°，所述的包围其侧壁与底部的p型半导体材料（005）的最低厚度为0.3um。

本发明的实施例一中，所述的有源区（a1）设置在芯片中央，其范围内存在多个沟槽结构（004），且相邻两个沟槽结构（004）之间的最短距离为5um。

本发明的实施例一中，所述的多个沟槽结构（004）的数量30个，且从离有源区（a1）最近的沟槽结构（004）内侧到从离有源区（a1）最远的沟槽结构（004）的外侧的最短距离为60um。

本实例的工作原理为：

所述的阳极电极层（006）分别与所述的轻掺杂的n型半导体材料层（003）和所述的p型半导体材料（005）形成肖特基接触和欧姆接触，同时，所述阴极电极层（001）与重掺杂n型半导体材料层（002）形成欧姆接触，使得本发明中，电流从所述阳极电极层（006）到所述阴极电极层（001）方向呈现导通特性，并在相反方向呈现阻断特性。

在制备过程中，所述沟槽结构（004）由同一次光刻工艺定义所述沟槽结构（004）的刻蚀和其周围p型半导体材料（005）的掺杂，大大降低了加工成本。

技术特征：

技术总结
本发明提供一种带有沟槽结构的高压宽禁带二极管芯片。本发明通过在有源区和结终端区域引入统一的沟槽结构，使得芯片可以用同一套工艺实现两个区域的加工，大大降低产品加工成本。

技术研发人员：黄兴;陈欣璐
受保护的技术使用者：派恩杰半导体（杭州）有限公司
技术研发日：2019.01.24
技术公布日：2019.04.02