一种碳化硅二极管及其制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种微电子器件及其制造方法，具体涉及一种碳化硅二极管及其制造方法。
【背景技术】
[0002]碳化硅(SiC)具有大约3X 106V/cm的临界击穿场强、约2.0X 107cm/sec的高饱和漂移速度和约4.9W/cm.K的高热导率，理论上可以制造出相对于硅(Si)器件更高耐压、更高工作温度、更大功率密度和更高频率的器件。因此SiC被认为理想的适用于高压应用。但是制造中的难点及制造过程的复杂程度限制了 SiC器件在高电压场合中的应用。
【发明内容】
[0003]针对现有技术的不足，本发明的一个目的是提供一种具有台面边缘端接的碳化硅二极管，另一个目的是提供一种用于制造这种具有台面边缘端接的碳化硅二极管的方法，本发明使碳化硅二极管制造过程简化，耐压能力提高，防止器件边缘末端击穿以及击穿电压漂移，提高反向工作电压，减小反向漏电流，增加稳定性。
[0004]本发明的目的是采用下述技术方案实现的:
[0005]本发明提供一种碳化硅二极管，其改进之处在于，所述碳化硅二极管包括:
[0006]具有第一导电类型的碳化娃衬底；
[0007]所述碳化娃衬底上具有低掺杂浓度的第一导电类型的第一层碳化娃;
[0008]第一区碳化娃,具有第二导电类型且在第一层碳化娃上形成；
[0009]第二区碳化硅，具有第二导电类型且在第一区碳化硅之上，第二区碳化硅、第一区碳化硅和第一层碳化硅形成台面结构，用于为碳化硅二极管提供边缘末端保护；
[0010]第二区碳化硅上的第一电极；以及
[0011]碳化硅衬底上的第二电极。
[0012]进一步地，所述碳化硅二极管包括第二层碳化硅，其排列在碳化硅衬底与第一层碳化娃之间，第二层碳化娃是第一导电类型的，且其掺杂浓度大于第一层碳化娃的掺杂浓度。
[0013]进一步地，第二区碳化硅、第一区碳化硅和第一层碳化硅被构造成一个台面结构。
[0014]进一步地，所述第二区碳化硅由一个第二导电类型的碳化硅层组成。
[0015]进一步地，所述第二区碳化硅由两个或两个以上层叠的第二导电类型的碳化硅层组成。
[0016]进一步地，所述第一区碳化硅在第一层碳化硅上形成。
[0017]进一步地，所述第一区碳化硅位于第二区碳化硅的外边缘。
[0018]进一步地，所述第一区碳化娃由一个第二导电类型且其掺杂浓度大于第一层碳化硅掺杂浓度的碳化硅层组成，用于形成边缘末端保护。
[0019]进一步地，所述第一区碳化硅由两个或两个以上第二导电类型且其掺杂浓度大于第一层碳化硅掺杂浓度的碳化硅层组成，用于形成边缘末端保护。
[0020]进一步地，所述第一导电类型包含η型导电性碳化硅，且第二导电类型包含P型导电性碳化硅；或
[0021]所述第一导电类型包含P型导电的碳化硅，且第二导电类型包含η型导电性碳化硅。
[0022]进一步地，所述第一电极由钛或钛金属合金层叠层构成。
[0023]本发明基于另一目的提供的一种碳化硅二极管的制造方法，其改进之处在于，所述制造方法包括下述步骤:
[0024]Α、在碳化硅衬底上外延碳化硅；
[0025]B、在碳化硅上淀积氧化物层或层叠层作为第一掩膜层；
[0026]C、在第一掩膜层上形成有机掩膜层,对有机掩膜层进行光刻；
[0027]D、通过逐渐变化的有机掩膜层实现渐变的氧化物层侧壁和图形化；
[0028]Ε、使用反应离子刻蚀碳化硅，并将氧化物层的图形转移到碳化硅上；
[0029]F、通过离子注入第二导电类型的掺杂剂在碳化硅上形成边缘末端保护；
[0030]G、在碳化硅表面制作金属层并将氧化物层去除，形成欧姆接触电极；
[0031]H、制作碳化硅表面保护层，并形成电极接触窗口 ；
[0032]1、封装成碳化硅二极管器件。
[0033]进一步地，所述步骤A中，在具有高浓度η型碳化硅衬底上形成η型外延层第一层碳化娃；该η型外延层具有从5到350 μ m的厚度和从I X 114CnT3到I X 117CnT3的η型掺杂浓度；
[0034]第一层碳化娃12与碳化娃衬底10之间具有η型第二层碳化娃,该η型外延层具有从I到1ym的厚度和从I X 117CnT3到2 X 11W3的η型掺杂浓度；
[0035]然后在η型第一层碳化硅上生长P型第三层碳化硅；ρ型第三层碳化硅13具有从0.1到5 μ m的厚度和从I X 117CnT3到约5 X 1018cm_3的p型掺杂浓度；
[0036]在P型第三层碳化硅上制作用以形成欧姆接触的P型第四层碳化硅，以提供第一电极的欧姆接触；p型第四层碳化硅14具有从0.01到I μ m的厚度，且具有从5 X 118CnT3到I X 102°cm_3的P型掺杂浓度。
[0037]进一步地，所述步骤B中，在P型第四层碳化硅上形成第一掩膜层，第一掩膜层为单层氧化物或氧化物层叠。
[0038]进一步地，所述步骤C中，在第一掩膜层上形成光刻掩膜第二掩膜层，并将第二掩膜层图形化。
[0039]进一步地，所述步骤D中，通过第二掩膜层的图形完成第一掩膜层的图形化；第二掩膜层随着第一掩膜层的腐蚀逐渐氧化并被腐蚀溶液去除，形成倾斜渐变的第一掩膜层侧壁；所述第二掩膜层厚度为0.5 μ m到5 μ m ;第一掩膜层的单层氧化物或氧化物层叠具有从115CnT3到119CnT3的掺杂浓度。
[0040]进一步地，所述步骤E中，去除第二掩膜层，并将图形化的第一掩膜层的图形转移到对应的碳化硅上，通过利用具有侧壁形貌的图案化的第一掩膜层作为反应离子刻蚀掩膜形成碳化娃台面结构；
[0041]台面结构从第二碳化硅区延伸到η型第一层碳化硅，第二碳化硅区在P型第三层碳化娃和P型第四层碳化娃上形成；在第二碳化娃区的第一层碳化娃上制作低掺杂浓度第一碳化硅区，掺杂从IXlO16cnT3到IXlO19cnT3的P型掺杂剂，用于提供台面底端的电压分担结构。
[0042]进一步地，所述步骤F中，去除第一掩膜层，制作并图案化第三掩膜层以形成具有对应于P型第一碳化硅区的窗口 ；p型第一碳化硅区通过图案化的第三掩膜层在η型第一层碳化娃中注入P型掺杂剂来形成；Ρ型第一碳化娃区的掺杂剂浓度是第三层碳化娃的掺杂剂浓度的10%至100%。
[0043]进一步地，所述步骤G中，去除第三掩膜层并淀积氧化物或钝化材料的表面钝化保护层的形成；表面钝化保护层具有从0.1 μ m到2 μ m的厚度；碳化硅二极管暴露到从900°C到1850°C的高温退火长达1-100分钟。
[0044]进一步地，所述步骤H中，在表面钝化保护层中形成接触窗口，并通过接触窗口来形成第一电极；并在碳化硅衬底上形成第二电极；制作的金属电极接触在从900°C到1500 V的高温下进行合金化或在金属电极接触上溅射覆盖金属层，用于引线的连接。
[0045]与现有技术比，本发明达到的有益效果是:
[0046]1、本发明提供的具有台面边缘端接的碳化硅二极管，以及用于制造具有台面边缘端接的碳化硅二极管的方法，使碳化硅二极管制造方法简化，耐压能力提高，防止器件边缘击穿以及击穿电压漂移，提高反向工作电压，减小反向漏电流，增加稳定性。
[0047]2、本发明涉及的具有台面终端保护结构的二极管更易于制造，且可具有优于平面终端二极管的改善的终端效率和可靠性。由于倾斜台面侧壁的存在，碳化硅表面的电场分布更加均匀，因此可提供更高电压的保护而不会在台面底端或结的位置发生击穿。
[0048]3、本发明提供的碳化硅二极管制作方法更为简单，其能够具有相同或者更高的性能特征，特别是高电压耐受性能。
【附图说明】
[0049]图1是本发明提供的具体实施例的碳化硅二极管器件的截面图；
[0050]图2是本发明提供的在碳化硅上形成第一层掩膜的碳化硅二极管结构图；
[0051]图3是本发明提供的在第一层掩膜上形成第二层掩膜并图案化后的碳化硅二极管结构图；
[0052]图4是本发明提供的将第一层掩膜图案化以形成对应于第二掩膜的具有倾斜渐变的侧壁形貌的碳化硅二极管结构图；
[0053]图5是本发明提供的去除第二层掩膜，并形成与第一层掩膜对应的碳化硅图案；
[0054]图6是本发明提供的去除第一层掩膜后的碳化硅二极管结构图；
[0055]图7是本发明提供的图案化另一掩膜形成具有对应于注入第二导电类型碳