基区横向掺杂浓度渐变的碳化硅功率器件及其制备方法

1.本发明属于半导体技术领域，具体涉及一种基区横向掺杂浓度渐变的碳化硅功率器件及其制备方法。


背景技术：

2.传统的碳化硅功率器件通过在器件元胞外侧加入各种表面终端以扩展空间电荷区，以提高碳化硅功率器件的击穿效率。常用的以jte、flr为代表的的平面终端为例，这些表面终端虽然使得器件有所提升，但是仍然存在表面电场集中问题。因此技术人员需要不断调整终端去设计才能提高击穿效率，同时需要离子注入，这些过程会额外引入缺陷，且受界面电荷影响较大。
3.现有技术提出的一种斜面刻蚀终端，这种刻蚀终端不需要离子注入，但是在碳化硅功率器件表面会同时形成“正角”和“负角”。在负角处的表面电场大于体内电场，且器件受该处掺杂浓度梯度和刻蚀角度影响较大，稳定性能下降。


技术实现要素：

4.为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种基区横向掺杂浓度渐变的碳化硅功率器件及其制备方法。本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：
5.第一方面，本发明提供的一种基区横向掺杂浓度渐变的碳化硅功率器件包括：
6.p 外延层1、p-基区2、n 衬底3、钝化层4、背部电极5以及正面电极6；
7.p-基区2位于n 衬底3之上，p-基区2的掺杂浓度由内而外呈规律变化，以使位于斜面处的p-基区浓度高于p-基区内部浓度；靠近n 衬底3一侧低于靠近p 外延层1一侧；p 外延层1位于p-基区2之上，正面电极6位于p 外延层1之上；p 外延层1、p-基区2以及n 衬底3呈梯形台阶结构；钝化层4自上而下包裹p 外延层1、p-基区2以及n 衬底3呈梯形台阶结构外围，且露出梯形台阶结构上表面的正面电极6；n 衬底3外侧设置有台阶面，台阶面使n 衬底3上部分呈梯形，下部分呈矩形；背部电极5位于矩形下表面，钝化层4包裹n 衬底3上部分以及台阶面。
8.其中，p-基区2的掺杂浓度由内而外依次递增呈梯度规律变化，p-基区2的掺杂浓度由内而外遵循高斯分布连续变化规律，沉积形成背部电极5以及正面电极6的金属包括ti以及ni。
9.可选的，n 衬底3包括第一台阶面以及第二台阶面，第一台阶面与p-基区2下表面相接触，第二台阶面位于梯形与矩阵相接处的两侧，钝化层4自上而下包裹n 衬底3直至完全包裹第二台阶面，露出n 衬底3上第二台阶面以下的部分。
10.第二方面，本发明提供的一种基区横向掺杂浓度渐变的碳化硅功率器件的制备方法包括：
11.步骤1：获取n 衬底3；
12.步骤2：在n 衬底3表面通过cvd方法生长横向掺杂浓度规律变化的p-基区2；
13.步骤3：在p-基区2表面通过cvd方法生长p 外延层1；
14.步骤4：刻蚀掉p-基区2、p 外延层1和部分n 衬底3的外周边缘，以使p 外延层1、p-基区2以及n 衬底3呈梯形台阶结构，并在n 衬底3刻蚀台阶面，以使n 衬底3上部分呈梯形结构，下部分呈矩形结构；
15.步骤5：刻蚀部分p 外延层1上表面；
16.步骤6：在n 衬底3的台阶面自下而上生长sio2钝化层4，直至sio2钝化层4包裹p 外延层1的刻蚀部分、p-基区2以及n 衬底3的台阶面；
17.步骤7：在n 衬底3的下部分矩形结构的下表面沉积金属，形成背部电极5，以及在p 外延层1的上表面沉积金属形成正面电极6。
18.其中，生长p-基区2的生长温度为1600℃～1900℃，生长p 外延层1的生长温度为1600℃～1900℃。
19.可选的，步骤7中沉积的金属包括ti和ni；本发明的制备方法还包括对背部电极5以及正面电极6进行退火处理，退火温度为400℃～1000℃。
20.可选的，p-基区2的掺杂浓度呈规律变化为由内而外呈梯度递增变化或由内而外呈连续变化的高斯分布。
21.本发明的有益效果：
22.本发明提供的一种基区横向掺杂浓度渐变的碳化硅功率器件及其制备方法，制备出的基区横向掺杂浓度渐变的碳化硅功率器件包括p 外延层1、p-基区2、n 衬底3、钝化层4、背部电极5以及正面电极6；本发明p-基区2使用横向变掺杂基区，可以提高p /p-结处p-基区的掺杂浓度，降低器件负角处的浓度梯度，抑制表面电场，提高器件的工作可靠性。
23.以下将结合附图及实施例对本发明做进一步详细说明。
附图说明
24.图1是本发明实施例提供的一种基区横向掺杂浓度渐变的碳化硅功率器件的示意图；
25.图2是本发明实施例提供的一种基区横向掺杂浓度渐变的碳化硅功率器件的制备流程图。
具体实施方式
26.下面结合具体实施例对本发明做进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
27.如图1所示，本发明提供的一种基区横向掺杂浓度渐变的碳化硅功率器件包括：
28.p 外延层1、p-基区2、n 衬底3、钝化层4、背部电极5以及正面电极6；
29.p-基区2位于n 衬底3之上，p-基区2的掺杂浓度由内而外呈规律变化，以使位于斜面处的p-基区浓度高于p-基区内部浓度；p 外延层1位于p-基区2之上，正面电极6位于p 外延层1之上；p 外延层1、p-基区2以及n 衬底3呈梯形台阶结构；钝化层4自上而下包裹p 外延层1、p-基区2以及n 衬底3呈梯形台阶结构外围，且露出梯形台阶结构上表面的正面电极6；n 衬底3外侧设置有台阶面，台阶面使n 衬底3上部分呈梯形，下部分呈矩形；背部电极5位于矩形下表面，钝化层4包裹n 衬底3上部分以及台阶面。
30.其中，p-基区2的掺杂浓度p-基区2的掺杂浓度由内而外依次递增呈梯度规律变化或由内而外遵循高斯分布连续变化规律。沉积形成背部电极5以及正面电极6的金属包括ti以及ni。
31.参考图1，本发明的n 衬底3包括第一台阶面以及第二台阶面，第一台阶面与p-基区2下表面相接触，第二台阶面位于梯形与矩阵相接处的两侧，钝化层4自上而下包裹n 衬底3直至完全包裹第二台阶面，露出n 衬底3上第二台阶面以下的部分。
32.值得说明的是：从pn结轻掺杂侧到重掺杂侧面积减小的情况定义为负斜角，及图1的基区2到p 外延层1侧面积减小。由于负角从p 侧移除了比p型侧更多电荷，耗尽区会在p 外延层1扩展且在基区1一侧处收缩，因此负角结在表面的耗尽区宽度比体区的耗尽宽度要小。意味着终端表面电场会比体内高，导致不稳定的表面击穿。为了抑制这种表面电场较高得到情况，可以在器件靠近表面处引入较高掺杂浓度，来降低负角处的浓度梯度，同时体内较低的掺杂浓度，可以保证器件在体内的耗尽区展宽正常，这种横向变掺杂的方式，同时可以有效提高器件负斜角角度，有效减小器件面积。
33.本发明提供的一种基区横向掺杂浓度渐变的碳化硅功率器件包括p 外延层1、p-基区2、n 衬底3、钝化层4、背部电极5以及正面电极6；本发明p-基区2使用横向变掺杂基区，可以提高p /p-结处p-基区的掺杂浓度，降低器件负角处的浓度梯度，抑制表面电场，提高器件的工作可靠性。
34.如图2所示，本发明提供的一种基区横向掺杂浓度渐变的碳化硅功率器件的制备方法包括：
35.步骤1：获取n 衬底3；
36.步骤2：在n 衬底3表面通过cvd方法生长横向掺杂浓度规律变化的p-基区2；
37.其中，p-基区2的掺杂浓度呈规律变化为横向方向，由内而外呈梯度递增变化或由内而外呈连续变化的高斯分布。
38.步骤3：在p-基区2表面通过cvd方法生长p 外延层1；
39.步骤4：刻蚀掉p-基区2、p 外延层1和部分n 衬底3的外周边缘，以使p 外延层1、p-基区2以及n 衬底3呈梯形台阶结构，并在n 衬底3刻蚀台阶面，以使n 衬底3上部分呈梯形结构，下部分呈矩形结构；
40.步骤5：刻蚀部分p 外延层1上表面；
41.步骤6：在n 衬底3的台阶面自下而上生长sio2钝化层4，直至sio2钝化层4包裹p 外延层1的刻蚀部分、p-基区2以及n 衬底3的台阶面；
42.步骤7：在n 衬底3的下部分矩形结构的下表面沉积金属，形成背部电极5，以及在p 外延层1的上表面沉积金属形成正面电极6。
43.其中，生长p-基区2的生长温度为1600℃～1900℃；生长p 外延层1的生长温度为1600℃～1900℃；步骤7中沉积的金属包括ti和ni。
44.在沉积金属形成背部电极5以及正面电极6之后，本发明提供的制备方法还包括：对背部电极5以及正面电极6进行退火处理，退火温度为400℃～1000℃。
45.本发明提供的一种基区横向掺杂浓度渐变的碳化硅功率器件制备方法，制备出的基区横向掺杂浓度渐变的碳化硅功率器件包括p 外延层1、p-基区2、n 衬底3、钝化层4、背部电极5以及正面电极6；本发明p-基区2使用横向变掺杂基区，可以提高p /p-结处p-基区
的掺杂浓度，降低器件负角处的浓度梯度，抑制表面电场，提高器件的工作可靠性。
46.以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。