一种碳化硅二极管及其制造方法与流程

本发明涉及半导体芯片制造工艺领域，尤其是一种碳化硅二极管及其制造方法。

背景技术：

1、碳化硅材料因其一系列优异特性（如宽带隙、高击穿场强、高热导率、高饱和电子迁移速率和优异的物理化学稳定性）而适用于高温、高频、大功率和极端环境下的应用。

2、当碳化硅二极管在长时间内处于高负载工作状态时，由于能量转换和电流传输，会产生连续的热量。如果散热不足，热量积累会导致温度升高，温度过高会增加碳化硅二极管的功耗。在高温环境下，碳化硅二极管的内部电阻会增加，导致电流流过器件时产生更多的热量，这会进一步加剧温度升高的问题。

技术实现思路

1、本发明为了解决上述存在的技术问题，提供一种碳化硅二极管及其制造方法。

2、本发明的技术方案是这样实现的：一种碳化硅二极管，包括外壳，所述外壳内置有碳化硅芯片，所述碳化硅芯片包括碳化硅衬底、外延层、阴极金属、阳极金属与绝缘层，所述碳化硅衬底底部连接阴极金属，碳化硅衬底顶部连接外延层，所述外延层顶部连接有阳极金属，所述外延层与阳极金属之间设置有绝缘层，所述阳极金属一部分嵌入外延层，所述绝缘层还设置在阴极金属与碳化硅衬底之间，且绝缘层包围外延层，所述外延层上预留有沟槽；

3、所述阳极金属与第一导电引脚连接，所述阴极金属与第二导电引脚连接；所述第一导电引脚上设置有活动连通块和绝缘槽，所述绝缘槽对称设置在第一导电引脚的垂直部分，靠近碳化硅芯片的绝缘槽内涂有膨胀散热胶，所述活动连通块靠近碳化硅芯片的一侧与膨胀散热胶连接，活动连通块上下两端均与第一导电引脚折弯部位交接；

4、优选的，所述外延层顶部边缘做r角处理；

5、优选的，所述碳化硅衬底为n型碳化硅衬底；所述阳极金属嵌入外延层的部分做倒斜角处理；

6、优选的，所述膨胀散热胶为膨胀系数为7.9*10-4/℃硅橡胶；

7、优选的，所述外延层为多晶硅层和加速层组成的复合层，所述加速层位置与阳极金属嵌入外延层的部分的位置相对应。

8、一种碳化硅二极管方法，包括以下步骤：

9、s1、基片制备：选择合适的碳化硅基片作为衬底材料，得到n型碳化硅衬底，其掺杂浓度1e19/cm³＞x＞1e18/cm³，厚度为120μm；

10、s2、在n型碳化硅外延上表面生长碳化硅外延层，其厚度为原定厚度的1/2；

11、s3、将金属铝和氮气加热至高温，使其蒸发成分子束，并通过精细控制束流的运动和沉积条件，使铝和氮元素形成氮化铝，均匀地沉积在s2中碳化硅外延层上的左右两部，其中铝和氮的比例为1：3；

12、s4、在s3中经过铝、氮沉积的碳化硅外延层上继续生长碳化硅外延层，覆盖铝、氮沉积层，继续生长的碳化硅外延层厚度为原定厚度的1/2，并预留阳极金属的位置，即沟槽，形成完整的碳化硅外延层；

13、s5、在碳化硅外延层的底部、顶部及外侧分别涂上绝缘层，其中碳化硅外延层顶部的绝缘层的厚度为底部绝缘层的2倍，为外侧绝缘层厚度的3倍；

14、s6、接触金属沉积：在s4中的碳化硅外延层上的沟槽沉积一层金属，用于形成与碳化硅的电接触，使其成为嵌入外延层中；在s2中n型碳化硅的底部沉积阴极金属；

15、s7、完成碳化硅芯片的制备后，将第一导电引脚与第二导电阳极分别对应阳极金属和阴极金属进行安装；

16、s8、封装，使用环氧树脂或其他密封材料进行封装。

17、有益效果

18、本发明一种碳化硅二极管，通过在碳化硅芯片中设置加速层，改变外延层的带隙和电子迁移率，可以实现更好的电子传输性能和更低的电阻，提高器件的功率和效率，减少了器件在高功率工作下容易产生高温的情况，解决了热量积累会导致温度升高，温度过高会增加碳化硅二极管的功耗的问题；

19、本发明还通过膨胀散热胶与活动连通块，在器件温度过高时可以对器件进行暂时的电流断通，防止温度过高对器件产生损害，起到保护器件的作用。

技术特征：

1.一种碳化硅二极管，包括外壳(1)，所述外壳(1)内置有碳化硅芯片(2)，其特征在于：所述碳化硅芯片(2)包括碳化硅衬底(21)、外延层(22)、阴极金属(23)、阳极金属(24)与绝缘层(25)，所述碳化硅衬底(21)底部连接阴极金属(23)，碳化硅衬底(21)顶部连接外延层(22)，所述外延层(22)顶部连接有阳极金属(24)，所述外延层(22)与阳极金属(24)之间设置有绝缘层(25)，所述阳极金属(24)一部分嵌入外延层(22)，所述绝缘层(25)还设置在阴极金属(23)与碳化硅衬底(21)之间，且绝缘层(25)包围外延层(22)，所述外延层(22)上预留有沟槽(3)；所述阳极金属(24)与第一导电引脚(4)连接，所述阴极金属(23)与第二导电引脚(5)连接；所述第一导电引脚(4)上设置有活动连通块(41)和绝缘槽(42)，所述绝缘槽(42)对称设置在第一导电引脚(4)的垂直部分，靠近碳化硅芯片(2)的绝缘槽(42)内涂有膨胀散热胶(6)，所述活动连通块(41)靠近碳化硅芯片(2)的一侧与膨胀散热胶(6)连接，活动连通块(41)上下两端均与第一导电引脚(4)折弯部位交接。

2.根据权利要求1所述的一种碳化硅二极管，其特征在于：所述外延层(22)顶部边缘做r角处理。

3.根据权利要求1所述的一种碳化硅二极管，其特征在于：所述碳化硅衬底(21)为n型碳化硅衬底(21)；所述阳极金属(24)嵌入外延层(22)的部分做倒斜角处理。

4.根据权利要求1所述的一种碳化硅二极管，其特征在于：所述膨胀散热胶(6)为膨胀系数为7.9*10-4/℃硅橡胶。

5.根据权利要求1所述的一种碳化硅二极管，其特征在于：所述外延层(22)为多晶硅层(221)和加速层(222)组成的复合层，所述加速层(222)位置与阳极金属(24)嵌入外延层(22)的部分的位置相对应。

6.根据权利要求1所述的一种碳化硅二极管制造方法，其特征在于：包括以下步骤：

7.根据权利要求6所述的一种碳化硅二极管制造方法，其特征在于：所述s2中n型碳化硅衬底的掺杂浓度1e19/cm³＞x＞1e18/cm³，厚度为120μm。

8.根据权利要求6所述的一种碳化硅二极管制造方法，其特征在于：所述s2中在n型碳化硅外延上表面生长碳化硅外延层厚度为原定厚度的1/2；所述s4中继续生长的碳化硅外延层厚度为原定厚度的1/2。

9.根据权利要求6所述的一种碳化硅二极管制造方法，其特征在于：所述s3中铝和氮的比例为1：3。

10.根据权利要求6所述的一种碳化硅二极管制造方法，其特征在于：所述s5中碳化硅外延层顶部的绝缘层的厚度为底部绝缘层的2倍，为外侧绝缘层厚度的3倍。

技术总结
本发明公开了一种碳化硅二极管及其制造方法，包括外壳，所述外壳内置有碳化硅芯片，所述碳化硅芯片包括碳化硅衬底、外延层、阴极金属、阳极金属与绝缘层，所述碳化硅衬底底部连接阴极金属，碳化硅衬底顶部连接外延层，所述外延层上预留有沟槽；所述阳极金属与第一导电引脚连接，所述阴极金属与第二导电引脚连接；所述第一导电引脚上设置有活动连通块和绝缘槽，本发明通过在碳化硅芯片中设置加速层，改变外延层的带隙和电子迁移率，可以实现更好的电子传输性能和更低的电阻，解决了热量积累会导致温度升高，温度过高会增加碳化硅二极管的功耗的问题。

技术研发人员：李伟,高苗苗
受保护的技术使用者：深圳市冠禹半导体有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16