碳化硅(SiC)器件及其制造方法
【專利摘要】在至少一個(gè)一般方面，本發(fā)明提供了一種SiC器件及其制造方法，所述SiC器件可包括第一導(dǎo)電類型的漂移區(qū)、屏蔽體和肖特基區(qū)。所述SiC器件可包括至少部分地圍繞所述屏蔽體和所述肖特基區(qū)的具有第二導(dǎo)電類型的邊緣。所述SiC器件可包括至少部分地圍繞所述邊緣并且具有所述第二導(dǎo)電類型的摻雜的終端區(qū)。所述終端區(qū)可具有設(shè)置在第一區(qū)帶和第二區(qū)帶之間的過(guò)渡區(qū)帶，其中所述第一區(qū)帶的頂表面的深度小于所述第二區(qū)帶的頂表面的深度，并且所述過(guò)渡區(qū)帶具有凹陷部。
【專利說(shuō)明】碳化硅(Si C)器件及其制造方法
[0001 ] 相關(guān)專利申請(qǐng)
[0002] 本申請(qǐng)要求2015年3月27日提交的美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)62/139,368"抗雪崩碳化硅 (SiC)功率肖特基整流器"的優(yōu)先權(quán)和權(quán)益，該專利申請(qǐng)全文以引用方式并入本文。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003] 本說(shuō)明書涉及碳化硅(SiC)肖特基勢(shì)皇功率整流器。
【背景技術(shù)】
[0004] 在高壓碳化硅（SiC)肖特基勢(shì)皇功率整流器中，處于雪崩情況下的終端區(qū)中會(huì)發(fā) 生過(guò)量電流。已知的解決方案尚不足以解決在S i C肖特基勢(shì)皇功率整流器中廣泛存在的這 些及其他問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 在至少一個(gè)一般方面，SiC器件可包括第一導(dǎo)電類型的漂移區(qū)、屏蔽體和肖特基 區(qū)。SiC器件可包括至少部分地圍繞屏蔽體和肖特基區(qū)的具有第二導(dǎo)電類型的邊緣。SiC器 件可包括至少部分地圍繞所述邊緣并且具有第二導(dǎo)電類型的摻雜的終端區(qū)。終端區(qū)可具有 設(shè)置在第一區(qū)帶和第二區(qū)帶之間的過(guò)渡區(qū)帶，其中第一區(qū)帶的頂表面的深度小于第二區(qū)帶 的頂表面的深度，并且過(guò)渡區(qū)帶具有凹陷部。
[0006] 在另一個(gè)一般方面，碳化硅(SiC)器件可包括第一導(dǎo)電類型的漂移區(qū)以及與多個(gè) 肖特基區(qū)交錯(cuò)的多個(gè)屏蔽體的陣列。SiC器件可包括至少部分地圍繞該陣列的具有第二導(dǎo) 電類型的邊緣，以及至少部分地圍繞該邊緣的終端區(qū)。終端區(qū)可具有第一區(qū)帶，該第一區(qū)帶 具有第一厚度的摻雜區(qū)，并且終端區(qū)可具有第二區(qū)帶，該第二區(qū)帶具有第二厚度的摻雜區(qū)。
[0007] 在又一個(gè)一般方面，一種制造碳化娃(SiC)器件的方法可包括:形成第一導(dǎo)電類型 的漂移區(qū)；形成屏蔽體；以及形成肖特基區(qū)。該方法可包括:形成至少部分地包圍屏蔽體和 肖特基區(qū)的具有第二導(dǎo)電類型的邊緣；以及形成至少部分地包圍邊緣并具有第二導(dǎo)電類型 的摻雜的終端區(qū)。所述終端區(qū)可具有設(shè)置在第一區(qū)帶和第二區(qū)帶之間的過(guò)渡區(qū)帶，其中所 述第一區(qū)帶的頂表面的深度小于所述第二區(qū)帶的頂表面的深度。所述過(guò)渡區(qū)帶具有凹陷 部。
【附圖說(shuō)明】
[0008] 圖1是示出高壓碳化硅(SiC)器件的側(cè)剖視圖的示意圖。
[0009] 圖2是SiC器件的示例性具體實(shí)施的頂層示意圖。
[0010] 圖3是示出SiC器件的一部分的示意圖，該器件由間隔的屏蔽體提供靜電屏蔽。
[0011] 圖4是示出電場(chǎng)屏蔽系數(shù)與溝道(諸如圖3所示)縱橫比的相關(guān)性的曲線圖。
[0012] 圖5是示出結(jié)終端(JT)區(qū)的構(gòu)造的示意圖。
[0013] 圖6是示出在JT區(qū)外邊緣處的擊穿的發(fā)射圖像。
[0014]圖7A示出由于JT區(qū)外邊緣處的擊穿而引起的發(fā)射。
[0015] 圖7B示出電容-電壓特性圖。
[0016]圖8A和圖8B示出具有一個(gè)或多個(gè)過(guò)渡區(qū)帶的3區(qū)帶JT區(qū)的構(gòu)造。
[0017] 圖9是示出具有豎直側(cè)壁的屏蔽體的單元的示意圖。
[0018] 圖10是示出具有傾斜側(cè)壁的屏蔽體的單元的示意圖。
[0019] 圖11A和圖11B是示出生產(chǎn)屏蔽體單元的工藝的示意圖，其中屏蔽體的豎直側(cè)壁通 過(guò)傾斜注入物摻雜。
[0020] 圖12A和圖12B分別是根據(jù)實(shí)施例的SBD整流器的基本正向特征和阻斷特性示意 圖。
[0021] 圖13示出通過(guò)快速瞬變系統(tǒng)獲得的電流與電壓跡線的代表性集合。
[0022] 圖14是示出根據(jù)實(shí)施例的器件的失效模式在非箝位感應(yīng)開(kāi)關(guān)(UIS)測(cè)試中的示意 圖。
[0023] 圖15示出正向電壓降與雪崩電流之間關(guān)系的曲線圖。
[0024] 圖16是示出制造碳化硅(SiC)器件的方法的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0025] 在一些具體實(shí)施中，高壓碳化硅(SiC)肖特基勢(shì)皇功率整流器可具有第一導(dǎo)電類 型的漂移區(qū)、由第二導(dǎo)電類型的一個(gè)或多個(gè)屏蔽體(例如P體)組成并且被第二導(dǎo)電類型的 邊緣(例如陽(yáng)極邊緣)圍繞的陣列（例如線性陣列）、以及圍繞邊緣的第二導(dǎo)電類型的終端區(qū) (例如結(jié)終端區(qū)）。一個(gè)或多個(gè)屏蔽體可在溝槽中形成，或者可被溝槽限定。溝槽內(nèi)的摻雜區(qū) (例如注入(或結(jié)））深度可限定接觸區(qū)域的至少一部分，該深度可為溝槽深度的至少三分之 一。一個(gè)或多個(gè)屏蔽體內(nèi)的摻雜區(qū)（可稱為屏蔽體摻雜區(qū)）可為第二導(dǎo)電類型。終端區(qū)可具 有多個(gè)區(qū)帶，包括第一區(qū)帶(例如內(nèi)區(qū)帶）、第二區(qū)帶(例如外區(qū)帶）、和設(shè)置在第一區(qū)帶和第 二區(qū)帶之間的過(guò)渡區(qū)帶。終端區(qū)可具有第二導(dǎo)電類型的摻雜區(qū)，而且可具有外周邊(例如第 二區(qū)帶），該外周邊被部分地移除(例如蝕刻、打磨、轟擊）以部分地移除受主電荷。在一些具 體實(shí)施中，過(guò)渡區(qū)帶(可稱為電荷過(guò)渡區(qū)帶)可被包括在臺(tái)階(例如蝕刻臺(tái)階）附近。過(guò)渡區(qū) 帶第一側(cè)上的區(qū)域(例如第一區(qū)帶)可為具有相對(duì)較高電荷的區(qū)帶，過(guò)渡區(qū)帶第二側(cè)上的區(qū) 域(例如第二區(qū)帶)可具有相對(duì)較低的電荷。在一些具體實(shí)施中，可形成金屬觸點(diǎn)以至少部 分地或完全與一個(gè)或多個(gè)屏蔽體陣列重疊，以及/或者形成對(duì)第一導(dǎo)電類型的SiC的肖特基 勢(shì)皇，該肖特基勢(shì)皇相鄰于所述一個(gè)或多個(gè)屏蔽體并且與所述一個(gè)或多個(gè)屏蔽體隧道接 觸。在一些具體實(shí)施中，該整流器可具有雪崩穩(wěn)健性。雖然本文所述的一些例子指定了具體 的導(dǎo)電類型(例如P型導(dǎo)電、η型導(dǎo)電），但在一些具體實(shí)施中，導(dǎo)電類型可以反轉(zhuǎn)。
[0026] 高壓碳化硅(SiC)器件100的一個(gè)具體例子在圖1所示的側(cè)剖視圖中示出。SiC器件 100可為高壓器件。SiC器件100可被稱為高壓SiC肖特基勢(shì)皇功率整流器。
[0027] 在圖1中，SiC器件100可具有漂移區(qū)130(例如η型漂移區(qū)）、屏蔽體192(例如p型屏 蔽體的線性陣列）、邊緣194(例如被ρ型邊緣圍繞）、以及終端區(qū)196(例如至少部分地或完全 圍繞邊緣194的ρ型終端區(qū)）。屏蔽體192可在溝槽中形成。每一個(gè)屏蔽體192包括屏蔽體摻雜 區(qū)193。邊緣194可具有邊緣摻雜區(qū)195。同樣如圖1所示，SiC器件100具有襯底140(例如SiC 襯底)和背面金屬150。
[0028] 終端區(qū)196(例如結(jié)終端區(qū)）至少部分地由摻雜區(qū)197限定。終端區(qū)196具有多個(gè)區(qū) 帶:第一區(qū)帶、過(guò)渡區(qū)帶、以及第二區(qū)帶。過(guò)渡區(qū)帶被設(shè)置在第一區(qū)帶和第二區(qū)帶之間。第二 區(qū)帶可限定終端區(qū)196的外周邊。如圖1所示，終端區(qū)196。
[0029] 如圖1所示，終端區(qū)196的第二區(qū)帶可具有至少部分地移除（例如蝕刻）掉的外周 邊，使得部分地移除第二區(qū)帶中受主電荷的至少一部分。因此，第二區(qū)帶的頂表面(例如全 部頂表面，由平面A2示出）低于第一區(qū)帶的頂表面(例如全部頂表面）。過(guò)渡區(qū)帶至少包括臺(tái) 面168和凹陷部167。
[0030] 在該具體實(shí)施中，臺(tái)面168具有與第一區(qū)帶的頂表面(在平面A1)處于相同高度(或 垂直層級(jí)或深度）的頂表面。在一些具體實(shí)施中，臺(tái)面168的頂表面可處于與第一區(qū)帶的頂 表面不同的高度(或垂直層級(jí)或深度）（例如更小的高度、更大的高度）。
[0031] 在該具體實(shí)施中，凹陷部167具有與第二區(qū)帶的頂表面(在平面A2)處于相同深度 (或垂直層級(jí)或深度)的頂表面。在一些具體實(shí)施中，凹陷部167的頂表面可處于與第二區(qū)帶 的頂表面不同的高度(或垂直層級(jí)或深度）（例如更小的深度、更大的深度）。
[0032] 過(guò)渡區(qū)帶(例如電荷過(guò)渡區(qū)帶）可具有被（凹陷部167的）蝕刻臺(tái)階限定(或可在該 蝕刻臺(tái)階附近)的邊界(例如左邊界）。過(guò)渡區(qū)帶(例如電荷過(guò)渡區(qū)帶)可具有被臺(tái)面168的邊 緣限定（或可在該邊緣附近）的邊界（例如右邊界）。第一區(qū)帶可為具有相對(duì)較高電荷的區(qū) 帶，第二區(qū)帶可為具有相對(duì)較低電荷的區(qū)帶。
[0033] 這些區(qū)帶(例如第一區(qū)帶、過(guò)渡區(qū)帶、第二區(qū)帶)可具有不同的深度或凹陷的（例如 移除的、蝕刻的）區(qū)165(可為蝕刻環(huán)），以使得這些區(qū)帶具有不同的凈電荷。第一區(qū)帶可具有 大于過(guò)渡區(qū)帶凈電荷的凈電荷。過(guò)渡區(qū)帶可具有大于第二區(qū)帶凈電荷的凈電荷。具體地講， 摻雜區(qū)197與這些區(qū)帶相關(guān)的各部分的厚度可各不相同，以使得與各區(qū)帶相關(guān)的凈電荷各 不相同。終端區(qū)196中可以包括比圖1所示更多的凹陷的（例如移除的、蝕刻的）區(qū)（和/或蝕 刻區(qū)深度或?qū)蛹?jí)）。
[0034] 終端區(qū)196的第一區(qū)帶、過(guò)渡區(qū)帶和第二區(qū)帶的摻雜區(qū)197可各自具有處于平面A3 的相同深度。與這些區(qū)帶中的每一個(gè)相關(guān)的摻雜區(qū)可被稱為摻雜區(qū)197部分，或可被單獨(dú)地 稱為這些區(qū)帶的摻雜區(qū)（或區(qū)域）。即使摻雜區(qū)197與第一區(qū)帶相關(guān)的部分的深度與過(guò)渡區(qū) 帶和第二區(qū)帶的摻雜區(qū)197部分的深度相同，摻雜區(qū)197與所述區(qū)帶相關(guān)的部分的厚度(或 平均厚度)也各不相同（基于移除的（例如蝕刻的）部分）。這些差異導(dǎo)致如上所述的不同凈 電荷。
[0035] 在該具體實(shí)施中，第一區(qū)帶的摻雜區(qū)197部分的平均厚度大于過(guò)渡區(qū)帶的摻雜區(qū) 197部分的平均厚度。在該具體實(shí)施中，過(guò)渡區(qū)帶的摻雜區(qū)197部分的平均厚度大于第二區(qū) 帶的摻雜區(qū)197部分的平均厚度。
[0036] 屏蔽體摻雜區(qū)193的注入(或結(jié)）深度可限定接觸區(qū)域的至少一部分，并且可為溝 槽深度(從屏蔽體192之間臺(tái)面的頂部到屏蔽體192的溝槽的底部）的至少三分之一。在一些 具體實(shí)施中，一個(gè)或多個(gè)屏蔽體192的屏蔽體摻雜區(qū)193可具有與邊緣194的邊緣摻雜區(qū)195 的厚度(例如厚度B2)相同的厚度(例如厚度B1)。在一些具體實(shí)施中，一個(gè)或多個(gè)屏蔽體192 的屏蔽體摻雜區(qū)193可具有不同于(例如大于、小于)邊緣194的邊緣摻雜區(qū)195的厚度(例如 厚度B2)的厚度(例如厚度B1)。
[0037] 在一些具體實(shí)施中，屏蔽體192的屏蔽體摻雜區(qū)193的摻雜濃度可與邊緣194的邊 緣摻雜區(qū)195的摻雜濃度相同。在一些具體實(shí)施中，屏蔽體192的屏蔽體摻雜區(qū)193的摻雜濃 度可與邊緣194的邊緣摻雜區(qū)195的摻雜濃度不同。
[0038] 在一些具體實(shí)施中，一個(gè)或多個(gè)屏蔽體192可具有深度與邊緣194的溝槽(例如溝 槽C2)的深度相同的溝槽(例如溝槽C1)。在一些具體實(shí)施中，一個(gè)或多個(gè)屏蔽體192可具有 深度不同于(例如大于、小于)邊緣194的溝槽的深度的溝槽。
[0039] 在一些具體實(shí)施中，一個(gè)或多個(gè)屏蔽體192可具有寬度小于邊緣194的溝槽的寬度 的溝槽。在一些具體實(shí)施中，一個(gè)或多個(gè)屏蔽體192可具有寬度等于或大于邊緣194的溝槽 的寬度的溝槽。
[0040] 在一些具體實(shí)施中，一個(gè)或多個(gè)屏蔽體摻雜區(qū)193可具有與邊緣摻雜區(qū)195的摻雜 濃度相同的摻雜濃度。在一些具體實(shí)施中，一個(gè)或多個(gè)屏蔽體摻雜區(qū)193可具有不同于(例 如大于、小于)邊緣摻雜區(qū)195的摻雜濃度的摻雜濃度。
[0041] 可形成金屬110(金屬觸點(diǎn)或金屬層）以與屏蔽體192(例如p體的陣列）重疊，以及 形成到SiC的肖特基區(qū)115(例如肖特基勢(shì)皇），該肖特基區(qū)相鄰于屏蔽體192并且與屏蔽體 192隧道接觸。在該示例性具體實(shí)施中，SiC器件100(例如SiC整流器)可具有抵抗雪崩的穩(wěn) 健性。金屬110可設(shè)置在邊緣194的至少一部分的上方（例如形成在所述至少一部分的上 方）。同樣地，如圖1所示，電介質(zhì)120可設(shè)置(例如形成)在邊緣194和終端區(qū)196的至少一部 分的上方。
[0042]圖2是根據(jù)本文所述實(shí)施例的SiC器件200(例如SiC肖特基勢(shì)皇功率整流器）的示 例性具體實(shí)施的頂層示意圖。SiC器件200可為圖1所示SiC器件100的一個(gè)具體實(shí)施。
[0043] 如圖2所示，SiC器件200具有終端區(qū)296的第一區(qū)帶、過(guò)渡區(qū)帶和第二區(qū)帶。終端區(qū) 296被設(shè)置在邊緣294、屏蔽體292和肖特基區(qū)215周圍。金屬210被設(shè)置在屏蔽體292和肖特 基區(qū)215上方。金屬210被設(shè)置在邊緣294的至少一部分的上方。
[0044] 如圖2所示，屏蔽體292是與肖特基區(qū)215平行對(duì)齊的平行溝槽。肖特基區(qū)215是與 屏蔽體292交錯(cuò)的平行區(qū)。
[0045] 再次參見(jiàn)圖1，在一些具體實(shí)施中，SiC器件100利用金屬100和漂移區(qū)130之間的肖 特基勢(shì)皇（在肖特基區(qū)115)。例如，對(duì)于具有η型半導(dǎo)體層的肖特基二極管（例如肖特基區(qū) 115)，金屬層(例如金屬110)充當(dāng)陽(yáng)極，而η型半導(dǎo)體層(例如漂移區(qū)130)充當(dāng)陰極。SiC器件 100可為肖特基勢(shì)皇二極管（SBD)整流器。在一些具體實(shí)施中，SBD整流器作為電路元件，可 類似于PN結(jié)二極管整流器，并且與PN結(jié)二極管整流器相比可具有某些優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。肖特基 勢(shì)皇的正向電壓降可低于PN結(jié)二極管的正向電壓降。SBD整流器的開(kāi)關(guān)損耗可通常低于PN 結(jié)二極管的開(kāi)關(guān)損耗，因?yàn)槿鄙偕贁?shù)載流子注入。然而，多數(shù)載流子也將增大SBD整流器的 導(dǎo)通狀態(tài)電阻，該導(dǎo)通狀態(tài)電阻是為了由漂移區(qū)電阻引起更高電壓而設(shè)計(jì)，該漂移區(qū)是在 反向偏壓下保持電壓的低摻雜η型半導(dǎo)體層。
[0046] SBD整流器的更高阻斷電壓可能需要使用越來(lái)越厚而且電阻更高的漂移區(qū)。例如， 六方碳化硅(S i C) SBD整流器利用這種材料的高擊穿電場(chǎng)，該擊穿電場(chǎng)比硅的擊穿電壓大約 高10倍。在一些具體實(shí)施中，這可以有助于SiC SBD整流器成為用于具有高工作電壓的功率 轉(zhuǎn)換應(yīng)用的優(yōu)選整流器類型。然而，SiC SBD整流器可能遭遇泄漏電流以及穩(wěn)健性帶來(lái)的問(wèn) 題。與某些SBD整流器不同，在一些情況下，SiC器件100在正向電流浪涌的狀態(tài)下與PN結(jié)二 極管同樣穩(wěn)健，該狀態(tài)可能在實(shí)際應(yīng)用中發(fā)生。如果電壓超過(guò)擊穿電壓，整流器中可能出現(xiàn) 雪崩電流。如果電抗組件(諸如電感器）中存儲(chǔ)的能量由于例如負(fù)載和/或電源處的阻抗突 變而在整流器處耗散，那么在功率轉(zhuǎn)換應(yīng)用中會(huì)出現(xiàn)雪崩電流。這種阻抗突變的例子是負(fù) 載處的開(kāi)路或短路狀態(tài)。所產(chǎn)生的整流器雪崩電流可能是一個(gè)高的值，與標(biāo)稱額定電流相 當(dāng)。SiC器件100中的平行平面SBD整流器可抗雪崩，而高雪崩電流可能破壞其他此類整流 器。
[0047] 在一些具體實(shí)施中，一種用于改善SBD整流器泄漏電流和/或SBD整流器穩(wěn)健性的 技術(shù)是使用例如具有PN結(jié)二極管陣列的設(shè)計(jì)，其中PN結(jié)二極管分布在SBD整流器區(qū)域上方。 這種設(shè)計(jì)可被稱為混合PN肖特基(MPS)或結(jié)阻斷肖特基(JBS)。該陣列中的PN結(jié)二極管可以 在高正向偏壓的狀態(tài)下提供少數(shù)載流子注入，這可以降低導(dǎo)通狀態(tài)電壓，即使是處于相對(duì) 較高的溫度。該陣列中的PN結(jié)二極管還可以減小泄漏電流并改善阻斷電壓。然而，JBS設(shè)計(jì) 可能不會(huì)完全避免性能和穩(wěn)健性問(wèn)題。雪崩狀態(tài)下的終端區(qū)可能出現(xiàn)過(guò)量電流，這會(huì)導(dǎo)致 早期破壞。反復(fù)的雪崩和/或浪涌狀態(tài)可能導(dǎo)致重要參數(shù)(諸如擊穿電壓或?qū)顟B(tài)電壓） 發(fā)生漂移。
[0048]本文所述的功率SBD整流器(例如SiC器件100)可具有η型襯底(例如襯底140)、輕 摻雜漂移區(qū)（例如漂移區(qū)130)、和/或相對(duì)靠近頂表面的緊密間隔離子注入ρ型屏蔽體(例如 屏蔽體192)的線性陣列。連續(xù)(例如基本上連續(xù))的ρ型陽(yáng)極邊緣(例如邊緣194)可被包括在 ρ體陣列的外周邊處。結(jié)終端(JT)區(qū)（例如終端區(qū)196)可被包括在ρ型陽(yáng)極邊緣的外周邊處。 結(jié)終端區(qū)可消除(例如)沿著器件周邊的早期擊穿和/或失效。
[0049] 在一些具體實(shí)施中，SBD整流器(例如SiC器件100)可包括間隔（例如緊密間隔）的ρ 體(例如屏蔽體192)的網(wǎng)格以防止肖特基界面在例如反向偏壓狀態(tài)下出現(xiàn)過(guò)高電場(chǎng)。不同 于SiC器件100,平行平面SiC SBD器件的一些具體實(shí)施可不抗雪崩。多種物理因素可導(dǎo)致該 問(wèn)題，包括例如平行平面SiC SBD中雪崩擊穿的固有不均勻性。如果SBD整流器中包括ρ體網(wǎng) 格，則肖特基界面處的電場(chǎng)可至少部分地被屏蔽。PN結(jié)處的峰值電場(chǎng)可能比肖特基界面處 的電場(chǎng)高出（例如)至少百分之幾十。雪崩擊穿的機(jī)制可與碰撞電離以及雪崩倍增有關(guān)，碰 撞電離和雪崩倍增是電場(chǎng)的強(qiáng)函數(shù)，并且在數(shù)學(xué)上可由具有5或更高的指數(shù)的冪律函數(shù)來(lái) 表示。在一些具體實(shí)施中，甚至電場(chǎng)減小10%，也可以抑制雪崩倍增。具有P體屏蔽的SBD整 流器主要可以在P體而不是肖特基界面處雪崩。與平行平面SBD整流器相比，SiC器件100中 PN二極管的雪崩擊穿可以是抗雪崩的，這一點(diǎn)從器件可靠性的角度來(lái)看是很重要的。
[0050] 圖3是示出SiC器件300(如，肖特基勢(shì)皇整流器)的一部分的示意圖，其具有由間隔 開(kāi)的（如，緊密間隔的）屏蔽體396 (如，ρ體)實(shí)現(xiàn)的靜電屏蔽。如圖3所示，屏蔽體396具有深 度H(也可稱為高度），并且由寬度2W間隔開(kāi)。在一些具體實(shí)施中，間距和高度的縱橫比可以 與圖3所示不同。一個(gè)或多個(gè)屏蔽體396的寬度可大于或小于2W。在一些具體實(shí)施中，深度Η 可大于、等于或小于2W。
[0051] 圖4是示出電場(chǎng)屏蔽系數(shù)與溝道縱橫比（H/W)的相關(guān)性(例如圖3所示）的曲線圖。 屏蔽體(如，緊密間隔的Ρ型耗盡截?cái)喹h(huán)）（諸如圖3所示)的屏蔽作用的示例性計(jì)算結(jié)果作為 屏蔽體(如，Ρ體)間距(2W)和深度(Η)的函數(shù)示于圖4中。圖4中繪制的屏蔽函數(shù)被定義為ρ體 電場(chǎng)與金屬界面的最大電場(chǎng)比率。取各個(gè)區(qū)的中心處的值均進(jìn)行計(jì)算。圖4示出了與ρ體網(wǎng) 格具有足夠緊密的間距的重要性，因?yàn)镠/W的值相對(duì)小，即，低于大約0.2時(shí)，可能導(dǎo)致肖特 基區(qū)（如，肖特基金屬)的電屏蔽不足。
[0052]在一些具體實(shí)施中，肖特基區(qū)的電屏蔽可具有另一優(yōu)勢(shì)，即，它可在相對(duì)高的反向 偏壓下減少泄漏電流。在一些具體實(shí)施中，泄漏電流可能與隧穿有關(guān)，因此肖特基勢(shì)皇的泄 漏電流可以是電場(chǎng)的函數(shù)(如，強(qiáng)函數(shù)）。在一些具體實(shí)施中，具有較高H/W比率的SBD整流器 可能具有較低的泄漏電流值。
[0053]在一些具體實(shí)施中，這樣的電屏蔽可減少肖特基勢(shì)皇的泄漏電流，因?yàn)樵诟叻聪?偏壓下肖特基勢(shì)皇的泄漏可通過(guò)隧道機(jī)制來(lái)控制。在一些具體實(shí)施中，隧道電流可對(duì)電場(chǎng) 具有強(qiáng)烈的（如，非常強(qiáng)烈的）依賴性，因此即使是電場(chǎng)邊際遞減約20%或更大，都會(huì)使泄漏 減少超過(guò)一個(gè)數(shù)量級(jí)。在一些具體實(shí)施中，邊際遞減可大于或小于20%。
[0054]圖5是示出SiC器件500(其可為SiC器件100的具體實(shí)施）的結(jié)終端(JT)區(qū)596(如， 圖1所示的終端區(qū)196)的構(gòu)型的示意圖。在一些具體實(shí)施中，JT區(qū)596可通過(guò)注入超過(guò)特征 雪崩劑量的受控受主劑量而形成，Qa=eXEa/q，其中Ea為SiC的雪崩擊穿臨界場(chǎng)強(qiáng)，ε為SiC 的介電常數(shù)，而q為單位電荷。在一些具體實(shí)施中，注入的受主劑量可大致介于Qa和2.5Qa之 間。在一些具體實(shí)施中，該劑量可小于Qa或大于2.5Qa。在一些具體實(shí)施中，JT區(qū)596中的受 主摻雜物可注入Al、Ga或B，或者可共注入兩種或更多種受主類型的組合。JT區(qū)596與邊緣 594接觸。
[0055] 在一些具體實(shí)施中，將注入的受主在介于大約1500°C和1700°C之間的溫度下進(jìn)行 熱活化。在一些具體實(shí)施中，注入的受主劑量可取決于熱預(yù)算和退火系統(tǒng)的升溫時(shí)間，以及 執(zhí)行注入的溫度。
[0056]在一些具體實(shí)施中，可在JT區(qū)596的外周邊處移除（例如蝕刻)某些環(huán)形部分，以便 使保留的受主的總量減少大約10 %至35 %。在一些具體實(shí)施中，保留的受主的總量可小于 10%或大于35%。在一些具體實(shí)施中，例如，如果使用A1或Ga作為摻雜物，那么可通過(guò)理論 注入深度分布圖從數(shù)字上確定大致的凹陷（例如蝕刻)深度。在一些具體實(shí)施中，這種分布 圖可通過(guò)模擬進(jìn)行計(jì)算。在一些具體實(shí)施中，如果使用硼作為受主，可以利用活化退火后在 SiC晶片中測(cè)得的實(shí)際二次離子質(zhì)譜(SMS)分布圖，將摻雜物重新分布考慮在內(nèi)。在一些具 體實(shí)施中，實(shí)際sms分布圖可用于注入硼的情況，因?yàn)榕鸬闹匦路植紙D可能無(wú)法準(zhǔn)確模擬。 在一些具體實(shí)施中，電活化的(但不一定電離)受主劑量可能低于注入的受主劑量。
[0057]在一些具體實(shí)施中，JT區(qū)596的第一區(qū)帶（如，內(nèi)環(huán)）可不經(jīng)歷蝕刻，并保持其完全 活化的受主劑量(Q1)。在一些具體實(shí)施中，JT區(qū)596可具有寬度D1，該寬度大于漂移區(qū)530 (如，外延層)的厚度Td，D1>Td。在一些具體實(shí)施中，第二區(qū)帶(如，外環(huán))可部分地移除延伸至 JT區(qū)596的外周邊的受主電荷(Q2)并且寬度至少大于漂移區(qū)530的厚度Td，D2>Td。在一些具 體實(shí)施中，第二區(qū)帶(如，外環(huán))可部分地移除(例如通過(guò)蝕刻移除)受主電荷。
[0058]在一些具體實(shí)施中，介于第一區(qū)帶和第二區(qū)帶（如，內(nèi)區(qū)帶和外區(qū)帶）（高Qa環(huán)和低 Qa環(huán))之間的過(guò)渡區(qū)帶（如，過(guò)渡帶或環(huán)）由偶數(shù)個(gè)數(shù)的環(huán)構(gòu)成，其中受主電荷在Q1和Q2之間 交替變化。在一些具體實(shí)施中，過(guò)渡區(qū)帶的平均受主電荷值因而可介于Q1和Q2之間。在一些 具體實(shí)施中，從最小化(或減小）電場(chǎng)集中度的角度來(lái)看，具有中間電荷值的過(guò)渡區(qū)帶的存 在可能是有所助益的。在一些具體實(shí)施中，電荷過(guò)渡區(qū)帶中每個(gè)環(huán)的寬度(D3、D4、D3'、D4'） 不可超過(guò)漂移區(qū)530的厚度T D的大約三分之一。在一些具體實(shí)施中，環(huán)尺寸可以小于或等于 漂移區(qū)530的厚度TD的三分之一。在一些具體實(shí)施中，電荷過(guò)渡帶可有效抑制SBD中的邊緣 擊穿，即使其包含一對(duì)Q2和Q1環(huán)。
[0059] 如圖5所示，襯底540設(shè)置在漂移區(qū)530下方。漂移區(qū)530的厚度為從襯底540到半導(dǎo) 體區(qū)的頂部，對(duì)應(yīng)于第二區(qū)帶的頂部(如，頂表面)和浮動(dòng)環(huán)599。
[0060] 如圖5所示，SiC器件500包括浮動(dòng)環(huán)599,該浮動(dòng)環(huán)具有厚度D5。浮動(dòng)環(huán)599與JT區(qū) 596的相關(guān)注入物相隔距離D6。
[0061 ] 在一些具體實(shí)施中，可使距離D3至D6盡可能小。在一些具體實(shí)施中，最小特征尺寸 可由多種因素限制。在一些具體實(shí)施中，若干凹進(jìn)區(qū)域和臺(tái)面組合(〇3/04,03'/1)4'）可包括 在JT區(qū)596中。在一些具體實(shí)施中，凹進(jìn)區(qū)域和臺(tái)面組合(如，03,04,03'，04'）的距離(如，尺 寸）可小于漂移區(qū)530的厚度T D的三分之一。在一些具體實(shí)施中，凹進(jìn)區(qū)域和臺(tái)面組合的距 離可大于或等于外延層的厚度Td的三分之一。在一些具體實(shí)施中，距離D5和D6可小于厚度Td 的三分之一。在一些具體實(shí)施中，距離D5和D6可大于或等于厚度Td的三分之一。
[0062]在一些具體實(shí)施中，在JT區(qū)596的外邊緣處或在臺(tái)階(例如蝕刻臺(tái)階)處不發(fā)生(或 發(fā)生極小)擊穿，并且雪崩擊穿經(jīng)由SiC器件500的本體發(fā)生。在一些具體實(shí)施中，從避免形 成高密度電流絲的角度來(lái)看，這是有利的，而高密度電流絲可能在與正向額定電流相比的 高水平雪崩電流下?lián)p壞SiC器件500。
[0063]在一些具體實(shí)施中，可使用PN二極管評(píng)價(jià)JT區(qū)596的功能，該P(yáng)N二極管可與SiC器 件500(如，SBD整流器)具有一些相似之處。在一些具體實(shí)施中，這種PN二極管在雪崩擊穿條 件下的發(fā)射圖像示于圖6中。具體地講，圖6是示出在JT區(qū)696的外邊緣處無(wú)擊穿（或有極小 擊穿）的發(fā)射圖像。條紋圖形指示電壓與本體690中的擊穿電壓的接近度。圖6中的圖像指示 由于本體690中的雪崩擊穿而起始的發(fā)射。
[0064] 在一些具體實(shí)施中，由于雪崩擊穿而引起的發(fā)射可從六重軸沿六邊形襯底的偏離 取向形成相對(duì)條紋圖形。在一些具體實(shí)施中，這可表示達(dá)到的擊穿電壓與本體690擊穿電壓 (理論擊穿電壓)相差在小于20伏的范圍內(nèi)。在一些具體實(shí)施中，在JT區(qū)696中未發(fā)生來(lái)自臺(tái) 階(例如蝕刻臺(tái)階)的發(fā)射(或發(fā)生極小發(fā)射）。在一些具體實(shí)施中，在切片并包裝后，來(lái)自此 晶片的SBD整流器可在不受損壞的情況下維持高雪崩電流值，如在另一個(gè)實(shí)施例中將闡釋 的那樣。
[0065] 在一些具體實(shí)施中，相比之下，缺少臺(tái)階弛豫臺(tái)面的相鄰測(cè)試二極管未表現(xiàn)出合 格的行為，SBD和PN二極管均是如此。在一些具體實(shí)施中，此類二極管的擊穿電壓可為100V 至300V，低于具有階變松弛區(qū)域的二極管。在一些具體實(shí)施中，缺少臺(tái)階弛豫臺(tái)面的測(cè)試二 極管的擊穿也可以是相當(dāng)不穩(wěn)定的，并且在極低的雪崩電流值下可觀察到此類二極管的不 可逆劣化。在一些具體實(shí)施中，劣化后，阻斷電壓可降至相對(duì)低的值，大致介于50V和250V之 間。在一些具體實(shí)施中，劣化的阻斷電壓可小于50V或大于250V。
[0066]在一些具體實(shí)施中，可精確控制外JT區(qū)696中非補(bǔ)償受主的電活化劑量。在一些具 體實(shí)施中，這一控制可造成實(shí)際問(wèn)題，因?yàn)樵诨罨嘶疬^(guò)程中受主摻雜物的活化程度可能 有變化。在一些具體實(shí)施中，表面狀態(tài)的受主補(bǔ)償也可根據(jù)表面狀態(tài)的具體性質(zhì)而變化。在 一些具體實(shí)施中，在沉積或移除電介質(zhì)涂層后，由于等離子體離子造成的損壞，受主補(bǔ)償量 在器件進(jìn)程中可能有變化。在一些具體實(shí)施中，JT區(qū)696的p型外環(huán)可在低于雪崩擊穿電壓 的電壓下完全耗盡。在一些具體實(shí)施中，耗盡電壓可比擊穿電壓低至少15%。在一些具體實(shí) 施中，耗盡電壓可大于擊穿電壓的15%或小于擊穿電壓的15%。
[0067]在一些具體實(shí)施中，終端區(qū)中擊穿電壓的理論計(jì)算可能難以計(jì)算。首先，終端區(qū)中 的受主電荷可能不能使用已知的CAD(TCAD)技術(shù)模型進(jìn)行準(zhǔn)確模擬。其次，邊緣擊穿的模擬 可能需要適當(dāng)?shù)母飨虍愋阅Ｐ停驗(yàn)樵赟iC中沿六邊形平面的方向比沿C軸的方向更易發(fā)生 擊穿。然而，采用各向異性模型時(shí)對(duì)擊穿電壓預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性可能比完全忽略各向異性效應(yīng) 時(shí)更差。TCAD建模的這一缺點(diǎn)可能成為一個(gè)問(wèn)題，因?yàn)橐恍┆?dú)立的證據(jù)表明，各向異性效應(yīng) 在Si C器件的邊緣擊穿中具有實(shí)際意義。因此，對(duì)于雪崩穩(wěn)健型SBD而言，JT區(qū)696的設(shè)計(jì)應(yīng) 考慮針對(duì)所選器件設(shè)計(jì)所收集的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。
[0068]在一些具體實(shí)施中，JT區(qū)696的外區(qū)帶的耗盡可使用多種技術(shù)來(lái)建立，例如，通過(guò) 在相對(duì)高的電壓下進(jìn)行電容電壓測(cè)量。在一些具體實(shí)施中，控制JT區(qū)696的外區(qū)帶耗盡的另 一種相對(duì)有效的方式是發(fā)射成像。在一些具體實(shí)施中，如果根據(jù)本公開(kāi)的JT區(qū)696的外區(qū)帶 在低于雪崩擊穿點(diǎn)的電壓下未耗盡，則該外區(qū)帶將會(huì)發(fā)生雪崩。在一些具體實(shí)施中，在探測(cè) 器測(cè)試期間可通過(guò)裸眼或使用成像相機(jī)觀察到外區(qū)帶的發(fā)射。
[0069] 圖7A示出由于JT區(qū)796外區(qū)帶處的擊穿而引起的發(fā)射。如圖7A所示，發(fā)射被示出為 測(cè)試結(jié)構(gòu)左側(cè)的三部分明亮的豎直線條。在這種情況下，JT區(qū)796在所需電壓下未被耗盡。 由于液體電介質(zhì)，至少發(fā)生了一些圖像失真，而液體電介質(zhì)用于防止氣隙火花。
[0070] 圖7B示出了具有JT區(qū)的二極管的電容電壓特性曲線圖。在該圖中，相對(duì)于反向偏 置電壓以ι/c2繪制了電容。此特定二極管具有漂移區(qū)，其中在漂移區(qū)厚度上分布有均勻的 (如，基本上均勻的)摻雜物，并且透穿電壓為約900伏。對(duì)于這樣的二極管而言，1/C 2是反向 偏壓的線性函數(shù)，直至漂移區(qū)完全耗盡（如，基本上完全耗盡）。在較高電壓下，電容僅是反 向偏壓的相對(duì)較弱的函數(shù)。在圖7B中約900伏處觀察到漂移區(qū)的耗盡，在低于此電壓下，1/ C2隨電壓的增大而增加，呈大致線性的函數(shù)。在圖中約400V處出現(xiàn)了偏折。此偏折可能源于 JT區(qū)的耗盡。因此，可以從對(duì)電容-電壓曲線圖的分析，建立結(jié)終端擴(kuò)展(JTE)的耗盡電壓， 或某些JT部分的耗盡電壓。離子注入的JT中受主的電活化通常是未知的，并且JT表面處的 確切電荷密度也是未知的。然而，可以將制造工藝與測(cè)試相結(jié)合，以便在JT區(qū)中獲得所需電 荷密度，并因此實(shí)現(xiàn)二極管整流器的抗雪崩性能。
[0071] 在一些具體實(shí)施中，JT離子注入在電連接至陽(yáng)極區(qū)的主要JT體的外周邊處至少形 成一個(gè)浮動(dòng)P型環(huán)。在一些具體實(shí)施中，浮動(dòng)P型環(huán)經(jīng)歷與主要JT體的外部部分相同的受主 電荷部分移除。在一些具體實(shí)施中，浮動(dòng)環(huán)可具有與連續(xù)JT區(qū)的外區(qū)帶相同的表面高度和 受主高度。在一些具體實(shí)施中，一個(gè)或多個(gè)浮動(dòng)JT環(huán)及其相鄰JT p區(qū)的寬度可小于漂移區(qū) 厚度的大約三分之一。在一些具體實(shí)施中，如果JT的主要p型體不能正常運(yùn)作，則浮動(dòng)p環(huán)可 能無(wú)法防止早期擊穿。然而，浮動(dòng)P環(huán)可改善JT的外周邊處表面電勢(shì)的分布，這對(duì)于某些操 作模式而言可能是重要的。
[0072] 在一些具體實(shí)施中，JT可具有2個(gè)或更多個(gè)p層厚度減小的區(qū)帶。在一些具體實(shí)施 中，至少一個(gè)區(qū)帶可包括一圈較厚的P層，該層的厚度值與最近的內(nèi)區(qū)帶相同。
[0073] 圖8A和圖8B示出了SiC器件800的三區(qū)帶JT區(qū)896的構(gòu)型，其具有兩個(gè)過(guò)渡區(qū)帶，即 過(guò)渡區(qū)帶A和過(guò)渡區(qū)帶B。所述三個(gè)區(qū)帶被標(biāo)記為第一區(qū)帶、第二區(qū)帶和第三區(qū)帶。第二區(qū)帶 的頂表面位于介于第一區(qū)帶的頂表面深度與第三區(qū)帶的頂表面深度之間的深度處。在一些 具體實(shí)施中，這些區(qū)帶可具有與圖8A所示不同的深度。
[0074]在此具體實(shí)施中，過(guò)渡區(qū)帶A具有兩個(gè)凹陷部和兩個(gè)臺(tái)面，而過(guò)渡區(qū)帶B具有一個(gè) 凹陷部和一個(gè)臺(tái)面。在一些具體實(shí)施中，過(guò)渡區(qū)帶A和/或過(guò)渡區(qū)帶B可具有與圖中所示不同 數(shù)量的凹陷部（和/或臺(tái)面）。例如，過(guò)渡區(qū)帶A和過(guò)渡區(qū)帶B均可具有一個(gè)凹陷部（和/或臺(tái) 面），或者兩個(gè)或更多個(gè)凹陷部(和/或臺(tái)面）。
[0075]圖8B是示出具有過(guò)渡區(qū)帶C的第一區(qū)帶、第二區(qū)帶和第三區(qū)帶的示意圖。第一區(qū)帶 和第二區(qū)帶利用臺(tái)階描繪出（如，不包括過(guò)渡區(qū)帶，不包括臺(tái)面和/或凹陷部）。在一些具體 實(shí)施中，第一區(qū)帶和第二區(qū)帶可被過(guò)渡區(qū)帶分隔開(kāi)，并且第二區(qū)帶和第三區(qū)帶可利用臺(tái)階 描繪出。
[0076]在圖8A和圖8B的一些具體實(shí)施中，p體(未示出）被注入溝槽凹陷部中。JT區(qū)896與 邊緣894接觸。在一些具體實(shí)施中，此設(shè)計(jì)可能是有利的，因?yàn)樗兄诰S持有效的屏蔽，同 時(shí)保持一種或多種高能注入物的能量不會(huì)過(guò)高。在一些具體實(shí)施中，從具有成本效益的制 造工藝角度來(lái)看，這是一項(xiàng)優(yōu)勢(shì)，同時(shí)注入的損壞總量得以降低。
[0077] 在一些具體實(shí)施中，高能注入物的結(jié)深度可維持在相對(duì)高的值，即，溝槽深度的至 少30 %，以便提供p體邊緣，從而避免電場(chǎng)集邊。在一些具體實(shí)施中，結(jié)深度可大于溝槽深度 的30%或小于溝槽深度的30%。
[0078] 在一些具體實(shí)施中，JT區(qū)896可具有更多的區(qū)帶和/或或多或少的過(guò)渡區(qū)帶。區(qū)帶 之間的深度差值可以不等。例如，第一區(qū)帶和第二區(qū)帶之間的深度差值可以不同于第二區(qū) 帶和第三區(qū)帶之間的深度差值。
[0079]圖9是示出SiC器件900內(nèi)屏蔽體992(如，圖1所示的屏蔽體192)的單元的示意圖， 其具有溝槽的豎直側(cè)壁。漂移區(qū)930和襯底940如圖所示。
[0080] 在一些具體實(shí)施中，溝槽側(cè)壁可以大致介于45和80之間的角度朝向二極管頂表面 傾斜(非垂直）。在一些具體實(shí)施中，該角度可小于45度或大于80度。在一些具體實(shí)施中，注 入物深度Di大于溝槽深度Dt的三分之一。在一些具體實(shí)施中，注入物深度Di與溝槽深度的 比率可以不為三分之一(如，小于或等于三分之一）。
[0081] 圖10是示出SiC器件1000內(nèi)屏蔽體1092(如，圖1所示的屏蔽體192)的單元的示意 圖，其具有溝槽的傾斜側(cè)壁。漂移區(qū)1030、襯底1040和屏蔽體摻雜區(qū)1091如圖所示。
[0082] 在一些具體實(shí)施中，溝槽側(cè)壁可以是豎直的，并且注入包括向側(cè)壁中以與襯底表 面大致介于30度和80度之間的角度傾斜注入。在一些具體實(shí)施中，該角度可小于30度或大 于80度。在一些具體實(shí)施中，傾斜注入可與法向注入(與表面成90°)相結(jié)合，用于更好地控 制溝槽處的所需摻雜物分布。在一些具體實(shí)施中，注入物深度Di大于溝槽深度Dt的三分之 一。在一些具體實(shí)施中，注入物深度Di與溝槽深度的比率可以不為三分之一（如，小于或等 于三分之一 )。
[0083] 圖11A和圖11B中示出了生產(chǎn)SiC器件1100中的屏蔽體1192(例如圖1中示出的屏蔽 體192)單元的生產(chǎn)工藝，其豎直側(cè)壁中采用傾斜注入摻雜。漂移區(qū)1130、襯底1140和屏蔽體 摻雜區(qū)1191也在圖中示出。盡管沒(méi)有示出，圖11A和圖11B中示出的工藝可應(yīng)用于具有傾斜 側(cè)壁的屏蔽體。在一些具體實(shí)施中，具有傾斜側(cè)壁的屏蔽體可采用單一注入工藝生產(chǎn)。 [0084]圖11A示出了采用第一傾斜注入的第一摻雜工藝以限定屏蔽體摻雜區(qū)1091的第一 側(cè)1091A，圖11B示出了采用第一傾斜注入的第一摻雜工藝以限定屏蔽體摻雜區(qū)1091的剩余 部分。兩圖中示出的單元帶有掩膜1111，在注入工藝中設(shè)置在漂移區(qū)1130上。
[0085] 在一些具體實(shí)施中，4H SiC形式的溝槽SiC器件（例如SBD)阻斷超過(guò)1200伏的高 壓，并且具有PN結(jié)的擊穿特性，而不是金屬-半導(dǎo)體界面的擊穿特性。
[0086] 圖12A和圖12B分別是根據(jù)實(shí)施例的SiC器件（例如SBD整流器）的基本正向特性和 阻斷特性示意圖。圖12A和圖12B為SiC器件的電流-電壓特性。例如，如果SiC器件總晶粒面 積為（例如）約7 · 1mm2，并且有效面積為5 · 8mm2，則室溫下的開(kāi)啟電壓為約0 · 9V，與肖特基勢(shì) 皇相符，其中有效面積為邊緣(例如P體邊緣）內(nèi)芯片部分的面積。然而，整流器在高電流密 度下的擊穿電壓由PN結(jié)確定。低電流密度下的泄露可由肖特基勢(shì)皇主導(dǎo)。
[0087] 在一些具體實(shí)施中，SiC器件有一定的雪崩強(qiáng)度。在一些具體實(shí)施中，SiC器件的雪 崩電流可超過(guò)額定導(dǎo)通狀態(tài)電流至少3微秒。在一些具體實(shí)施中，SiC器件可超過(guò)額定導(dǎo)通 狀態(tài)電流的時(shí)間長(zhǎng)于3微秒。這種雪崩穩(wěn)健性可防止SiC器件使用的功率轉(zhuǎn)換電路故障，并 且能因此提高采用SiC器件的電路的可靠性。在一些具體實(shí)施中，SiC器件二極管組可形成 于偏離取向的4H SiC晶片上。在一些具體實(shí)施中，根據(jù)前述具有臺(tái)階弛豫區(qū)帶實(shí)施例，SiC 器件可具有JT區(qū)。在一些具體實(shí)施中，臺(tái)階弛豫區(qū)帶可具有單一窄環(huán)形臺(tái)面。在一些具體實(shí) 施中，晶片可分塊，并且一個(gè)或多個(gè)SiC器件可包裝在，例如，塑料模具T0-3P包裝中，并且可 測(cè)試一個(gè)或多個(gè)封裝的SiC器件的雪崩強(qiáng)度。
[0088]作為一個(gè)實(shí)例測(cè)試，可測(cè)試和對(duì)比來(lái)自同一晶片且具有相同尺寸、相同JT區(qū)的PN 二極管和SiC器件。每個(gè)封裝的肖特基或PN二極管可配置成能夠承受至少1250V的反向偏壓 并且泄露電流不超過(guò)0.1mA。無(wú)需專門為非箝位感應(yīng)開(kāi)關(guān)(UIS)測(cè)試選擇二極管。雪崩強(qiáng)度 的評(píng)估可通過(guò)自動(dòng)UIS(非箝位感應(yīng)開(kāi)關(guān))測(cè)試儀完成。SiC器件可與高壓IGBT并聯(lián)接入測(cè)試 儀電路，而IGBT可切換(關(guān)閉）到非箝位感應(yīng)負(fù)載。IGBT關(guān)閉之后，儲(chǔ)存于電感器中的能量可 此時(shí)耗散到反相偏壓SiC器件中。對(duì)于每個(gè)被測(cè)器件，IGBT電流可以0.1A階變式升高，直到 SiC器件損壞。如果能夠承受的UIS電流超過(guò)100A，則電流階的值可從0.1A提高到1A。雪崩電 流和能量可指派為能夠承受而不致?lián)p壞的最高雪崩電流值。雪崩電流和能量可通過(guò)每項(xiàng)測(cè) 試中5個(gè)器件的平均值算出。并且可計(jì)算出隨機(jī)平均方差，結(jié)果示于表1中。
[0089] 表1根據(jù)實(shí)施例的器件的雪崩強(qiáng)度
[0091]如表中所示，根據(jù)這一實(shí)施例，對(duì)于SiC器件，雪崩電流和能量達(dá)到了較高值。并且 如表中所示，SiC器件的雪崩能量略低于PN二極管。在一些具體實(shí)施中，這可歸因于肖特基 二極管的熱穩(wěn)定性通常低于PN二極管這一事實(shí)。
[0092]同樣如表1所示，平均方差也合理地較低，表明是良態(tài)的緊湊分布。可對(duì)同一數(shù)量 的SiC器件進(jìn)行三組額外的UIS測(cè)試，即15個(gè)器件。并且包括其他晶片的封裝部件。測(cè)試中所 有SiC器件（例如SBD整流器)均沒(méi)有在雪崩能量較低時(shí)失效，并且均沒(méi)有過(guò)多偏離平均值 (百分之?dāng)?shù)十）。這表明，根據(jù)UIS測(cè)試中的實(shí)施例，SiC器件表現(xiàn)穩(wěn)定且可重現(xiàn)。
[0093] 表1呈現(xiàn)的數(shù)據(jù)采用自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)測(cè)得。這一系統(tǒng)可為高通量設(shè)計(jì)，然而沒(méi)有必要 針對(duì)追蹤快速電壓和電流暫態(tài)進(jìn)行優(yōu)化，并且雪崩脈沖長(zhǎng)度數(shù)值的誤差可能在數(shù)微秒內(nèi)。 一些選定的樣品可在能夠追蹤快速瞬變的系統(tǒng)中進(jìn)一步測(cè)試。在這類測(cè)試中，在這種情況 下的雪崩能量可計(jì)算為電壓和電流的乘積在雪崩脈沖持續(xù)時(shí)間上的積分。圖13中示出了用 快速瞬變系統(tǒng)在負(fù)荷電感為〇. 〇2mH的情況下獲得的電流和電壓跡線的代表性集合。具體而 言，圖13示出了SiC器件(例如SK)整流器）中非破壞性雪崩脈沖1303的電流跡線1301和電壓 跡線1302。
[0094] 如圖13所示，實(shí)際的雪崩持續(xù)時(shí)間可比自動(dòng)系統(tǒng)獲得的值小一一可獲得的值約為 2.3微秒。在該例中，雪崩能量為約0.395J，其可與自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)所得的雪崩能量非常接近。 [0095] 一組經(jīng)二極管UIS測(cè)試到達(dá)了損壞點(diǎn)的SiC器件(例如SBD整流器)可從包裝中提取 出并檢查損壞模式。所有檢查的整流器可具有大面積損壞區(qū)域，指示雪崩電流的分布模式。 并且所有被測(cè)二極管可在芯片中央部分具有損壞點(diǎn)。在一些具體實(shí)施中，JT區(qū)可沒(méi)有損壞。
[0096]圖14示出了根據(jù)UIS測(cè)試實(shí)施例，SiC器件1400的一種失效模式。圖14中示出了UIS 測(cè)試中損壞的SiC器件1400(例如SBD整流器晶粒)的代表性圖像。這一具體晶粒在20mH的負(fù) 荷下測(cè)試。在終端區(qū)中沒(méi)有發(fā)現(xiàn)損壞。晶粒的尺寸為2.66mm X 2.66mm。
[0097][在一些具體實(shí)施中，SiC器件1400在重復(fù)雪崩條件下具有雪崩穩(wěn)健性。在一些具 體實(shí)施中，SiC器件1400以重復(fù)雪崩模式在1000次雪崩電流的脈沖后，保留了單一脈沖雪崩 能量的至少一半，并且擊穿電壓基本不變，正向電壓降在約1%以內(nèi)。
[0098] 在實(shí)例測(cè)試中，可對(duì)SiC器件(例如SBD整流器)進(jìn)行重復(fù)UIS測(cè)試，以確認(rèn)不穩(wěn)定模 式是否適用于SiC器件。測(cè)試可包括施加一系列共50000次雪崩脈沖、測(cè)量基礎(chǔ)DC參數(shù)以及 在更高的雪崩電流下重復(fù)這組雪崩脈沖。
[0099] 測(cè)試可按上述配置采用0.02mH的負(fù)載電感器進(jìn)行。脈沖重復(fù)頻率可為200Hz，而恒 定雪崩電流的脈沖數(shù)則可為100。每100次雪崩脈沖后，雪崩電流可提高0.1A。因此單一系列 脈沖中雪崩電流的總增量可為約10A?？稍跍y(cè)試前后以及10000次雪崩脈沖的每一系列之 后，測(cè)量擊穿電壓和導(dǎo)通狀態(tài)電壓降。
[0100] SiC器件的雪崩損壞電流可在約160A和170A之間，比單次激發(fā)雪崩測(cè)試的故障電 流低約10-15%。由于重復(fù)測(cè)試條件導(dǎo)致的雪崩電流降低也可根據(jù)硅器件決定，并且可解釋 為熱效應(yīng)的結(jié)果。在重復(fù)雪崩測(cè)試過(guò)程中，擊穿電壓保持不變。未觀察到擊穿電壓的改變超 過(guò)1伏，該數(shù)據(jù)可為測(cè)試中高壓測(cè)試系統(tǒng)的分辨率。雪崩測(cè)試過(guò)程中，由于終端區(qū)鈍化電介 質(zhì)充電，可發(fā)生擊穿電壓漂移。根據(jù)實(shí)施例的器件可能不會(huì)發(fā)生此過(guò)程。正向電壓降可保持 在一個(gè)穩(wěn)定的值，直到該區(qū)域接近損壞點(diǎn)。例如，圖15中示出正向電壓降與雪崩電流之間關(guān) 系的曲線圖。
[0101] 具體而言，圖15示出了在重復(fù)雪崩測(cè)試中，正向電壓降隨著SiC器件（例如SBD)雪 崩電流變化的演變。該測(cè)試在10000次雪崩脈沖組后完成。雪崩電流被指定為每一系列脈沖 的平均電流。在一些具體實(shí)施中，SiC器件表面可局部平坦化。在一些具體實(shí)施中，安全操作 區(qū)域(S0A)緩沖器可包括在襯底和漂移區(qū)之間，以提高雪崩穩(wěn)健性。
[0102] 在一些具體實(shí)施中，碳化硅高功率整流器可包括:帶有η型漂移層且漂移層表面有 多個(gè)緊密排布屏蔽Ρ體的碳化硅襯底;屏蔽Ρ體周圍表面處的Ρ體邊緣;Ρ型結(jié)終端區(qū);襯底底 部處的歐姆接觸；以及與Ρ體邊緣內(nèi)緣重疊，以便與漂移區(qū)形成肖特基接觸且與Ρ體形成接 觸的金屬接觸。在一些具體實(shí)施中，整流器可承受等于至少滿額定(例如基本上滿額定)持 續(xù)正向電流的雪崩電流持續(xù)至少3微秒。
[0103] 在一些具體實(shí)施中，高功率整流器可包括:帶有η型漂移層且漂移層表面有多個(gè)緊 密排布屏蔽Ρ體的碳化硅襯底;屏蔽Ρ體周圍表面上的Ρ體邊緣;Ρ型結(jié)終端區(qū)，其中結(jié)終端可 防止(例如完全防止、基本上防止)早期擊穿和沿著器件外圍的失效，并且肖特基勢(shì)皇整流 器可具有雪崩穩(wěn)健性，可承受至少滿額定(例如，基本滿額定)正向電流持續(xù)至少3微秒。
[0104] 在一些具體實(shí)施中，SiC中的高功率肖特基整流器可對(duì)重復(fù)雪崩具有穩(wěn)健性，其中 一系列1000次雪崩電流脈沖后，基礎(chǔ)整流器參數(shù)(諸如正向電壓降和擊穿電壓)保持不變 (約1 %以內(nèi)），其脈沖可具有用于單次激發(fā)雪崩事件至少一半的損壞能量。
[0105] 圖16為示出制造碳化硅(SiC)器件的方法的流程圖。該方法包括:形成第一導(dǎo)電類 型的漂移區(qū)（框1600);形成屏蔽體(框1610);以及形成肖特基區(qū)（框1620)。該方法還可包 括:形成至少部分地包圍屏蔽體和肖特基區(qū)1630的具有第二導(dǎo)電類型的邊緣；以及形成至 少部分地包圍邊緣并具有第二導(dǎo)電類型的摻雜的終端區(qū)。終端區(qū)在形成時(shí)可具有設(shè)置于第 一區(qū)帶和第二區(qū)帶(和/或另一區(qū)帶)之間的過(guò)渡區(qū)帶。第一區(qū)帶的頂表面深度可低于第二 區(qū)帶的頂表面深度?？赏ㄟ^(guò)摻雜終端區(qū)并移除部分(例如蝕刻部分)來(lái)形成第一區(qū)帶、第二 區(qū)帶、過(guò)渡區(qū)帶等，從而限定第一區(qū)帶、第二區(qū)帶、過(guò)渡區(qū)帶等。因此，過(guò)渡區(qū)帶可具有例如 凹陷部。
[0106] 也應(yīng)當(dāng)能夠理解，如果說(shuō)一個(gè)元件(諸如層、區(qū)或襯底)連接、電連接、親接或電親 接到另一個(gè)元件或在另一個(gè)元件上，可說(shuō)明該元件直接在其他元件之上、直接連接或親接 到其他元件，也可說(shuō)明中間可有一個(gè)或多個(gè)元件。相反，如果說(shuō)一個(gè)元件直接在另一元件或 層上、直接連接或直接耦接到另一元件或?qū)?，則中間不會(huì)有元件或?qū)?。盡管術(shù)語(yǔ)"直接在... 上"、"直接連接"或"直接耦接"并未在整個(gè)【具體實(shí)施方式】部分通篇運(yùn)用，但應(yīng)當(dāng)認(rèn)為，所示 具有此類特征的元件仍應(yīng)視為等同。本申請(qǐng)的權(quán)利要求書可進(jìn)行修改，以描述說(shuō)明或圖中 的不例性關(guān)系。
[0107] 本說(shuō)明所用的單數(shù)形式可包括復(fù)數(shù)形式，除非上下文中明確指明的特殊情況?？?間術(shù)語(yǔ)(例如在...之上、上方、上部、在...以下、下面、下方、下部等）除了圖中的描繪的取 向外，還旨在包括器件使用或操作時(shí)的不同取向。在一些具體實(shí)施中，空間術(shù)語(yǔ)上方和下方 可分別包括豎直方向上的上方和下方。在一些具體實(shí)施中，術(shù)語(yǔ)相鄰可包括橫向的相鄰或 水平的相鄰。
[0108] 本文所描述的各種技術(shù)的具體實(shí)施，可在數(shù)字電路或計(jì)算機(jī)硬件、固件、軟件或上 述幾項(xiàng)結(jié)合的情況下實(shí)施（例如，包括在上述幾項(xiàng)的情況下）。方法部分也可通過(guò)專用邏輯 電路(例如FPGA或稱現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列)或ASIC(專用集成電路)執(zhí)行，并且裝置可作為專用 邏輯電路或ASIC實(shí)施。
[0109] 具體實(shí)施可在包括后端部件（例如作為數(shù)據(jù)服務(wù)器）、或包括中間設(shè)備(例如應(yīng)用 服務(wù)器）、或包括前端部件(例如具有可供用戶與具體實(shí)施互動(dòng)的圖像用戶界面或網(wǎng)頁(yè)瀏覽 器的客戶端電腦）、或包括后端部件、中間設(shè)備或前端部件的任意組合的計(jì)算系統(tǒng)中實(shí)施。 部件可通過(guò)任何數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)通信的形式或媒體(例如通信網(wǎng)絡(luò))互連。通信網(wǎng)絡(luò)的例子包括局 域網(wǎng)（LAN)和廣域網(wǎng)(WAN，例如互聯(lián)網(wǎng)）。
[0110] -些具體實(shí)施可采用各種半導(dǎo)體加工和/或封裝技術(shù)實(shí)施。一些具體實(shí)施可采用 各種類型的半導(dǎo)體加工技術(shù)并結(jié)合半導(dǎo)體襯底（包括但不限于，例如，硅（Si)、砷化鎵 (GaAs)、氮化鎵(GaN)等)實(shí)施。 盡管所述具體實(shí)施的特征已在上文中進(jìn)行了描述，但本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)能夠 理解，本發(fā)明具有多種修改形式、替代形式、變式或等同形式。因此，應(yīng)當(dāng)能夠理解，附帶的 權(quán)利要求書旨在覆蓋這些具體實(shí)施范圍內(nèi)的所有此類修改形式和變式。也應(yīng)當(dāng)能夠理解， 這些內(nèi)容的呈現(xiàn)方式僅為示例，而非限制，并且可作出各種形式上的改變和細(xì)節(jié)描述。本文 所述的裝置和/或方法的任意部分可結(jié)合到任意組合中，除非相互矛盾。本文所述的具體實(shí) 施可包括所述不同具體實(shí)施的功能、部件和/或特征的各種組合和或分組合。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種碳化娃(SiC)器件，包括： 第一導(dǎo)電類型的漂移區(qū)； 屏蔽體； 肖特基區(qū)； 邊緣，所述邊緣具有第二導(dǎo)電類型且至少部分地圍繞所述屏蔽體和所述肖特基區(qū)；以 及 終端區(qū)，所述終端區(qū)至少部分地圍繞所述邊緣并具有所述第二導(dǎo)電類型的摻雜， 所述終端區(qū)具有設(shè)置在第一區(qū)帶和第二區(qū)帶之間的過(guò)渡區(qū)帶，所述第一區(qū)帶的頂表面 的深度小于所述第二區(qū)帶的頂表面的深度，所述過(guò)渡區(qū)帶具有凹陷部。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳化硅器件，所述屏蔽體具有屏蔽體摻雜區(qū)，所述屏蔽體摻雜 區(qū)的摻雜濃度和所述邊緣的邊緣摻雜區(qū)的摻雜濃度相同。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳化硅器件，其中所述第一區(qū)帶的深度與所述第二區(qū)帶的摻 雜區(qū)的深度相等。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳化硅器件，其中所述過(guò)渡區(qū)帶具有摻雜區(qū)，其深度與所述第 一區(qū)帶的摻雜區(qū)的深度以及所述第二區(qū)帶的摻雜區(qū)的深度相同。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳化硅器件，其中所述過(guò)渡區(qū)帶具有由臺(tái)階限定的邊緣。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳化硅器件，其中所述屏蔽體由溝槽和屏蔽體摻雜區(qū)限定，所 述屏蔽體摻雜區(qū)的深度為所述溝槽的深度的至少三分之一。7. -種碳化娃(SiC)器件，包括： 第一導(dǎo)電類型的漂移區(qū)； 多個(gè)屏蔽體的陣列，所述多個(gè)屏蔽體的陣列與多個(gè)肖特基區(qū)交錯(cuò)； 邊緣，所述邊緣具有第二導(dǎo)電類型且部分地圍繞所述多個(gè)屏蔽體的陣列；以及 終端區(qū)，所述終端區(qū)至少部分地圍繞所述邊緣，所述終端區(qū)具有第一區(qū)帶，所述第一區(qū) 帶具有第一厚度的摻雜區(qū)，所述終端區(qū)具有第二區(qū)帶，所述第二區(qū)帶具有第二厚度的摻雜 區(qū)。8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的碳化硅器件，其中所述多個(gè)屏蔽體各自具有屏蔽體摻雜區(qū)且 摻雜濃度等于所述邊緣的邊緣摻雜區(qū)的摻雜濃度。9. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的碳化硅器件，其中所述終端區(qū)由所述第二導(dǎo)電類型摻雜，所述 第一區(qū)帶的所述摻雜區(qū)的深度與所述第二區(qū)帶的所述摻雜區(qū)的深度相等。10. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的碳化硅器件，其中所述第一區(qū)帶的頂表面高于所述第二區(qū)帶 的頂表面。11. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的碳化硅器件，其中所述終端區(qū)具有設(shè)置于所述第一區(qū)帶和所 述第二區(qū)帶之間的過(guò)渡區(qū)帶，所述過(guò)渡區(qū)帶的摻雜區(qū)具有第一部分和第二部分，所述第一 部分的厚度與所述第二部分的厚度不同。12. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的碳化硅器件，其中所述終端區(qū)具有設(shè)置于所述第一區(qū)帶和所 述第二區(qū)帶之間的過(guò)渡區(qū)帶，所述過(guò)渡區(qū)帶的摻雜區(qū)具有第一部分和第二部分，所述第一 部分的厚度與所述第二部分的厚度不同， 所述第一區(qū)帶具有平坦的頂表面， 所述第二區(qū)帶具有平坦的頂表面，并且深度小于所述第一區(qū)帶的所述頂表面的深度。13. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的碳化硅器件，其中所述終端區(qū)具有設(shè)置于所述第一區(qū)帶和所 述第二區(qū)帶之間的過(guò)渡區(qū)帶，所述過(guò)渡區(qū)帶具有摻雜區(qū)，其深度與所述第一區(qū)帶的所述摻 雜區(qū)的深度以及所述第二區(qū)帶的所述摻雜區(qū)的深度相同。14. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的碳化硅器件，其中所述終端區(qū)具有設(shè)置于所述第一區(qū)帶和所 述第二區(qū)帶之間的過(guò)渡區(qū)帶， 所述第一區(qū)帶設(shè)置于所述邊緣和所述過(guò)渡區(qū)帶之間， 所述第一區(qū)帶具有平坦的頂表面， 所述第二區(qū)帶具有平坦的頂表面，并且深度小于所述第一區(qū)帶的所述頂表面的深度， 所述過(guò)渡區(qū)帶具有凹陷部。15. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的碳化硅器件，其中所述終端區(qū)具有設(shè)置于所述第一區(qū)帶和所 述第二區(qū)帶之間的過(guò)渡區(qū)帶， 所述過(guò)渡區(qū)帶第一側(cè)上的所述第一區(qū)帶的所述摻雜區(qū)具有相對(duì)較高的電荷，而所述過(guò) 渡區(qū)帶第二側(cè)上的所述第二區(qū)帶的所述摻雜區(qū)具有相對(duì)較低的電荷。16. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的碳化硅器件，其中所述多個(gè)屏蔽體中的至少一個(gè)由溝槽和屏 蔽體摻雜區(qū)限定，所述屏蔽體摻雜區(qū)的深度為所述溝槽的深度的至少三分之一。17. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的碳化硅器件，其中所述多個(gè)肖特基區(qū)中的至少一個(gè)由設(shè)置在 臺(tái)面之上的金屬限定，所述臺(tái)面位于一對(duì)所述多個(gè)屏蔽體之間，所述金屬位于一對(duì)所述多 個(gè)屏蔽體之上。18. -種制造碳化硅(SiC)器件的方法，包括： 形成第一導(dǎo)電類型的漂移區(qū)； 形成屏蔽體； 形成肖特基區(qū)； 形成邊緣，所述邊緣具有第二導(dǎo)電類型且至少部分地圍繞所述屏蔽體和所述肖特基 區(qū)；以及 形成終端區(qū)，所述終端區(qū)至少部分地圍繞所述邊緣并具有所述第二導(dǎo)電類型的摻雜， 所述終端區(qū)具有設(shè)置在第一區(qū)帶和第二區(qū)帶之間的過(guò)渡區(qū)帶，所述第一區(qū)帶的頂表面 的深度小于所述第二區(qū)帶的頂表面的深度，所述過(guò)渡區(qū)帶具有凹陷部。19. 根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，所述屏蔽體具有屏蔽體摻雜區(qū)，所述屏蔽體摻雜區(qū)的 摻雜濃度和所述邊緣的邊緣摻雜區(qū)的摻雜濃度相同。20. 根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中所述第一區(qū)帶的深度與所述第二區(qū)帶的摻雜區(qū) 的深度相等。
【文檔編號(hào)】H01L29/872GK106024913SQ201610183536
【公開(kāi)日】2016年10月12日
【申請(qǐng)日】2016年3月28日
【發(fā)明人】安德烈·康斯坦丁諾夫
【申請(qǐng)人】飛兆半導(dǎo)體公司, 快捷半導(dǎo)體(蘇州)有限公司