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1、10申请公布号CN104157703A43申请公布日20141119CN104157703A21申请号201410166404822申请日20140421H01L29/872200601H01L29/06200601H01L29/4720060171申请人西安电子科技大学地址710071陕西省西安市雁塔区太白南路2号72发明人汤晓燕杨帅宋庆文张艺蒙贾仁需张玉明王悦湖54发明名称具有双金属的沟槽式浮动结碳化硅SBD器件57摘要本发明涉及一种具有双金属的沟槽式浮动结碳化硅SBD器件，其特征在于，其包括低势垒金属、高势垒金属、SIO2隔离介质、沟槽、一次N外延层、P离子注入区、二次N外延层、N衬底区。
2、和欧姆接触区，所述P离子注入区处于二次N外延层的表面，沟槽与P离子注入区上下对齐，形状相同。本发明具有双金属的沟槽式浮动结碳化硅SBD器件，该器件既有双金属碳化硅SBD肖特基接触面积大，反向漏电流低的优点，又有浮动结碳化硅SBD击穿电压大的优点。51INTCL权利要求书1页说明书4页附图2页19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书1页说明书4页附图2页10申请公布号CN104157703ACN104157703A1/1页21一种具有双金属的沟槽式浮动结碳化硅SBD器件，其特征在于，其包括低势垒金属、高势垒金属、SIO2隔离介质、沟槽、一次N外延层、P离子注入区、二次N外延层、。
3、N衬底区和欧姆接触区，所述P离子注入区处于二次N外延层的表面，沟槽与P离子注入区上下对齐，形状相同，所述的高势垒金属处于器件表面的沟槽区，所述的低势垒金属处于器件表面的非沟槽区。2根据权利要求1所述的具有双金属的沟槽式浮动结碳化硅SBD器件，其特征在于，所述沟槽与P离子注入区形状相同，面积相等，且沟槽与此沟槽下方的P离子注入区的边缘对齐。3根据权利要求1所述的具有双金属的沟槽式浮动结碳化硅SBD器件，其特征在于，所述高势垒金属形成的肖特基接触处于器件表面的沟槽区，低势垒金属形成的肖特基接触处于器件表面的非沟槽区4根据权利要求1所述的具有双金属的沟槽式浮动结碳化硅SBD器件，其特征在于，所述沟槽。
4、的深度为13M。5根据权利要求1所述的具有双金属的沟槽式浮动结碳化硅SBD器件，其特征在于，P离子注入区的掺杂浓度为1X1017CM31X1019CM3，厚度为0406M。6根据权利要求1所述的具有双金属的沟槽式浮动结碳化硅SBD器件，其特征在于，所述N外延层最上端到底面的厚度为20M，其中掺杂浓度为1X1015CM31X1016CM3，一次N外延层的厚度为515M。权利要求书CN104157703A1/4页3具有双金属的沟槽式浮动结碳化硅SBD器件技术领域0001本发明涉及微电子技术领域，尤其涉及一种具有双金属的沟槽式浮动结碳化硅SBD器件。背景技术0002半导体材料在过去几十年发生了巨大的。
5、飞跃，宽禁带半导体材料是以碳化硅、氮化镓等材料为代表的第三代半导体材料，在这其中尤其以碳化硅材料著称，碳化硅材料在二十世纪八九十年代就开始走入人们的研究视线，并且尤以近十几年出现飞速的发展。碳化硅技术逐渐趋于成熟，步入市场，很多碳化硅技术都已经产业化。碳化硅材料比SI具有更优良的电学性能，这使它十分适合于高压、大功率以及高频等领域。而它的发展步伐已经超过其他宽禁带半导体，比其他宽禁带半导体有更广泛的应用。0003SIC材料禁带宽度大，可达到3EV以上。临界击穿电场可达到2MV/CM以上，比。SIC材料热导率高49W/CMK左右，并且器件耐高温，比SI更适合于大电流器件。SIC载流子寿命短，只有。
6、几纳秒到几百纳秒。SIC材料的抗辐照特性也十分优秀，辐射引入的电子空穴对比SI材料要少得多。因此，SIC优良的物理特性使得SIC器件在航空航天电子，高温辐射恶劣环境、军用电子无线通信、雷达、汽车电子、大功率相控阵雷、射频RF等领域有广泛的应用，并且在未来的新能源领域有极其良好的应用前景。0004浮动结结构可以将相同掺杂浓度下的器件的击穿电压提高近一倍，SIC浮动结器件已经在实验室由THATAKEYAMA等人首次制造成功。肖特基二极管中由于其低压降和大电流在功率器件中被广泛应用。为了实现更大的电流，90年代就有人提出了SIC沟槽式的肖特基二极管TSBD。沟槽式的肖特基二极管大大增加了肖特基接触的。
7、面积，实现了更低的压降和更大的电流。0005但是浮动结碳化硅肖特基二极管SICFJSBD，在器件的外延层中引入的埋层，变窄了正向导通电流的导电沟道，器件的正向导通电流变小。而沟槽式SICSBD的沟槽拐角处导致了器件在反向电压的作用下引入峰值电场，降低了器件的击穿电压，同时峰值电场的引入使以势垒降低效应、场发射模型和热场发射模型机制为主的SICSBD反向漏电流增大，势垒越低，电场越大，反向漏电流越高。0006鉴于上述缺陷，本发明创作者经过长时间的研究和实践终于获得了本创作。发明内容0007本发明的目的在于提供一种具有双金属的沟槽式浮动结碳化硅SBD器件，用以克服上述技术缺陷。0008为实现上述目。
8、的，本发明提供一种具有双金属的沟槽式浮动结碳化硅SBD器件，其包括低势垒金属、高势垒金属、SIO2隔离介质、沟槽、一次N外延层、P离子注入区、二次N外延层、N衬底区和欧姆接触区，0009所述P离子注入区处于二次N外延层的表面，沟槽与P离子注入区上下对齐，形说明书CN104157703A2/4页4状相同，所述的高势垒金属处于器件表面的沟槽区，所述的低势垒金属处于器件表面的非沟槽区。0010进一步，所述沟槽与P离子注入区形状相同，面积相等，且沟槽与此沟槽下方的块状P离子注入区的边缘对齐。0011进一步，所述高势垒金属形成的肖特基接触处于器件表面的沟槽区，低势垒金属形成的肖特基接触处于器件表面的非沟。
9、槽区。0012进一步，所述沟槽的深度为13M。0013进一步，P离子注入区的掺杂浓度为1X1017CM31X1019CM3，厚度为0406M。0014进一步，所述N外延层最上端到底面的厚度为20M，其中掺杂浓度为1X1015CM31X1016CM3，一次N外延层的厚度为515M。0015与现有技术相比较本发明的有益效果在于本发明双金属的沟槽式浮动结碳化硅SBD器件，该器件既有沟槽式碳化硅SBD肖特基接触面积大，正向导通电流大的优点，又有浮动结碳化硅SBD击穿电压大的优点。0016本发明提供的器件引入了双金属结构，反向偏压下，沟槽处峰值电场由高势垒肖特基接触承担，反向漏电流更低。0017本发明提。
10、供的器件具有开关时间短、耐高温、抗辐射能力强等优点，可广泛应用于电力电子领域。附图说明0018图1A为本发明具有双金属的沟槽式浮动结碳化硅SBD器件的剖面示意图；0019图1B为本发明具有双金属的沟槽式浮动结碳化硅SBD器件的俯视图；0020图2为本发明具有双金属的沟槽式浮动结碳化硅SBD器件的一次N外延层的俯视图；具体实施方式0021以下结合附图，对本发明上述的和另外的技术特征和优点作更详细的说明。0022请参阅如图1A所示，本发明沟槽式浮动结碳化硅SBD器件所采用的器件结构包括低势垒金属1、高势垒金属2、SIO2隔离介质3、沟槽4、一次N外延层5、P离子注入区6、二次N外延层7、N衬底区8。
11、、欧姆接触区9。0023所述N衬底8是N型SIC衬底片，一次N外延层5位于N衬底8之上，厚度为515M，其中氮离子的掺杂浓度为掺杂浓度为1X1015CM31X1016CM3。0024所述P离子注入区6位于一次N外延层5表面，掺杂浓度为1X1017CM31X1019CM3，离子注入深度为0406M，二次N外延层7位于一次N外延5上方，厚度是515M掺杂浓度为1X1015CM31X1016CM3。一次N外延层5和二次N外延7的总厚度为20M。0025参见图1B，所低势垒金属1和SIO2隔离介质3位于二次N外延层7上方。低势垒金属1和SIO2隔离介质3相邻，且金属与和SIO2隔离介质3有相重合之处1。
12、3。沟槽4的深度为13M，位于高势垒金属1下方，所述沟槽4和低势垒金属1设置重合处14，二次说明书CN104157703A3/4页5N外延层7的表面。0026请参见图1A、图1B和图2，沟槽4与P离子注入区6形状相同，上下对齐，面积相等。当器件处于高反向偏压下，沟槽4拐角处的峰值电场与P离子注入区6拐角处的峰值电场上下对齐，一次N外延层5和二次N外延7同时有效分担反向偏压，器件击穿电压提高。同时沟槽4拐角处的峰值电场由高势垒的肖特基接触承担，器件的反向漏电流可以有效减小。当器件处于正向导通状态下，非沟槽4区的低势垒肖特基接触和非P离子注入区6处的导电沟道上下对齐，器件的开启电压很小，正向电流有。
13、效增大。0027实施例一0028参照图1A、图1B和图2，本发明中具有双金属的沟槽式浮动结碳化硅SBD器件的结构如下0029N衬底是N型SIC衬底片，一次N外延层位于N衬底之上，P离子注入区位于一次N外延层表面，二次N外延层位于一次N外延层上方。0030低势垒金属、高势垒金属和SIO2隔离介质位于二次N外延层上方，低势垒金属和SIO2隔离介质相邻，且低势垒金属与和SIO2隔离介质有相重合之处。沟槽位于高势垒金属下方，二次N外延层的表面。0031一次N外延层的厚度为15M，其中氮离子的掺杂浓度为掺杂浓度为1X1016CM3。P离子注入区的掺杂浓度为7X1017CM3，离子注入深度为06M。二次N。
14、外延层厚度是5M掺杂浓度为1X1016CM3。0032沟槽的深度为1M。0033肖特基接触区的沟槽与P离子注入区形状相同，上下对齐。0034实施例二0035参照图1A、图1B和图2，本发明中具有双金属的沟槽式浮动结碳化硅SBD器件的结构如下0036N衬底是N型SIC衬底片，一次N外延层位于N衬底之上，P离子注入区位于一次N外延层表面，二次N外延层位于一次N外延层上方。0037低势垒金属、高势垒金属和SIO2隔离介质位于二次N外延层上方，低势垒金属和SIO2隔离介质相邻，且低势垒金属与和SIO2隔离介质有相重合之处。沟槽位于高势垒金属下方，二次N外延层的表面。0038一次N外延层的厚度为10M，。
15、其中氮离子的掺杂浓度为掺杂浓度为5X1015CM3。P离子注入区的掺杂浓度为3X1018CM3，离子注入深度为05M。二次N外延层厚度是10M掺杂浓度为5X1015CM3。0039沟槽的深度为2M。0040肖特基接触区的沟槽与P离子注入区形状相同，上下对齐。0041实施例三0042参照图1A、图1B和图2，本发明中具有双金属的沟槽式浮动结碳化硅SBD器件的结构如下0043N衬底是N型SIC衬底片，一次N外延层位于N衬底之上，P离子注入区位于一次N外延层表面，二次N外延层位于一次N外延层上方。0044低势垒金属、高势垒金属和SIO2隔离介质位于二次N外延层上方，低势垒金属和说明书CN104157。
16、703A4/4页6SIO2隔离介质相邻，且低势垒金属与和SIO2隔离介质有相重合之处。沟槽位于高势垒金属下方，二次N外延层的表面。0045一次N外延层的厚度为5M，其中氮离子的掺杂浓度为掺杂浓度为3X1015CM3。P离子注入区的掺杂浓度为1X1019CM3，离子注入深度为04M。二次N外延层厚度是15M掺杂浓度为3X1015CM3。0046沟槽的深度为3M。0047肖特基接触区的沟槽与P离子注入区形状相同，上下对齐。0048以上所述仅为本发明的较佳实施例，对发明而言仅仅是说明性的，而非限制性的。本专业技术人员理解，在发明权利要求所限定的精神和范围内可对其进行许多改变，修改，甚至等效，但都将落入本发明的保护范围内。说明书CN104157703A1/2页7图1A图1B说明书附图CN104157703A2/2页8图2说明书附图CN104157703A。