一种横向穿通型SiC-TVS器件及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种半导体器件及其制备方法，具体涉及一种SiC-TVS器件及其制备方法。

背景技术

以雷电、电磁脉冲为代表的瞬时高能量浪涌冲击会使电子元器件及其下游电子学系统失效甚至损毁。特别在电路微型化、集成化应用更为广泛的航空航天、轨道交通、高压电网、先进武器系统等领域，需要重点防护上述异常高能浪涌冲击所造成的器件级或电路系统级损害。瞬态电压抑制二极管(Transient Voltage Suppressor，TVS)具有吸收功率高、响应速度快和钳位电压稳定等优势，是目前常用的防护型器件。通常将其并联于工作电路两端，当发生瞬态浪涌冲击时，TVS会在短时间内导通并吸收浪涌功率，将其端电压钳位到预设值，从而确保电子元器件/系统免受过压或过流冲击而损坏。

宽禁带半导体碳化硅(SiC)材料具有优越的材料物理特性，用其制备TVS器件相比于传统Si基TVS器件具有以下优点：1)SiC禁带宽度是Si的3倍，极低的本征载流子浓度使得SiC-TVS的漏电流远小于Si-TVS，从而表现出优良的阻断特性、刚性钳位效果和耐高温优势；2)SiC临界击穿电场约为Si的10倍，因此在相同的击穿电压下，SiC-TVS具有更小的漂移区厚度，从而有效降低了导通电阻、提高了响应速度；3)SiC热导率约为Si的3倍，良好的导热特性确保了器件可在高温下更快的将热量耗散，提高了可靠性；4)相对于Si-TVS常用的串并联组件形式，SiC-TVS可采用单芯获得相同的电流或电压，从而节省了系统空间，同时提高了可靠性。因此，具有低漏电、快速响应、良好导热性、小尺寸等优势的SiC-TVS在高温、强辐射电磁干扰等极端复杂工作环境领域正得到越来越多的关注。

申请号为202211138213.1的中国专利申请，一种钳位电压可选的横向穿通型SiC-TVS器件，可以实现双向保护的功能，如图1所示，随着阳极107载流子向右移动至最右端的阴极108，其横向电场逐步减小，达到可选钳位电压的作用。但是此器件有个缺点，工作状态下载流子从阳极107向阴极108移动的过程中，载流子会逐渐聚集到外延层102与表面氧化层的界面处，当积累到一定程度的时候，就会将表面氧化层击穿，使阳极与阴极之间短路，导致器件可靠性降低并减少其使用寿命。

发明内容

发明目的：针对上述现有技术，提出一种横向穿通型SiC-TVS器件及其制备方法，解决现有技术中因载流子积累导致表面氧化层击穿的问题。

技术方案：一种横向穿通型SiC-TVS器件，包括碳化硅衬底层、碳化硅外延层、若干场绝缘区、若干缓冲区、若干发射区、阳极和若干阴极，其中：所述碳化硅外延层位于所述碳化硅衬底层之上；所述场绝缘区均匀间隔分布于所述碳化硅外延层之上；所述缓冲区分别分布于器件两端以及各个所述场绝缘区之间的所述碳化硅外延层之内；所述发射区分别一一对应位于各个所述缓冲区之内，且所述发射区不与所述碳化硅外延层直接接触；所述阳极位于器件表面一个端部的发射区表面，所述阴极分别一一对应位于其余所述发射区表面，且所述阳极以及所述阴极不与所述缓冲区直接接触。

进一步的，各个所述缓冲区分别与相邻的所述场绝缘区相接。

进一步的，所述碳化硅衬底层为重掺杂的B导电类型碳化硅衬底层，所述碳化硅外延层为轻掺杂的A导电类型的外延层，所述缓冲区为轻掺杂的B导电类型的缓冲区，所述发射区为重掺杂的B导电类型的发射区；其中，若A导电类型为P型离子，则B导电类型为N型离子；若A导电类型为N型离子，则B导电类型为P型离子。

一种横向穿通型SiC-TVS器件的制备方法，包括如下步骤：

步骤1：提供一个重掺杂的B导电类型的碳化硅衬底层，在B导电类型的碳化硅衬底层表面外延生长轻掺杂的A导电类型的碳化硅外延层；

步骤2：通过氮化物淀积、氮化物掩蔽与刻蚀、局部氧化和氮化物去除的步骤在所述碳化硅外延层上形成均匀间隔分布的各个所述场绝缘区；

步骤3：在器件表面进行轻掺杂形成B导电类型的各个所述缓冲区；

步骤4：在器件表面进行重掺杂形成B导电类型的各个所述发射区；

步骤5：在各个所述发射区表面淀积金属并使用退火工艺形成所述阳极和所述阴极。

有益效果：本发明提供的一种横向穿通型SiC-TVS器件，通过形成场绝缘区的方法，使得载流子不会如现有技术中聚集在外延层与表面氧化层界面处，也就不会将表面氧化层击穿掉，避免了阳极和阴极短路的问题，从而增加了器件的使用寿命和可靠性。

附图说明

图1为现有横向穿通型SiC-TVS器件结构示意图；

图2为本发明实施例提供的一种横向穿通型SiC-TVS器件制备方法中经过步骤1得到的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的一种横向穿通型SiC-TVS器件制备方法中经过步骤2得到的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的一种横向穿通型SiC-TVS器件制备方法中经过步骤3得到的结构示意图；

图5为本发明实施例提供的一种横向穿通型SiC-TVS器件制备方法中经过步骤4得到的结构示意图；

图6为本发明实施例提供的一种横向穿通型SiC-TVS器件制备方法中经过步骤5得到的结构示意图。

实施方式

下面结合附图对本发明做更进一步的解释。

需要说明的是，本实施例中提到的“上”“下”“左”“右”“内”为该SiC-TVS器件处于图示状态时的位置关系，“长”为该SiC-TVS器件处于图示状态时的横向尺寸，“深”为该SiC-TVS器件处于图示状态时的纵向尺寸。

请参见图6，图6为本发明实施例提供的一种横向穿通型SiC-TVS器件的结构示意图。本发明实施例提供一种横向穿通型SiC-TVS器件，该横向穿通型SiC-TVS器件包括碳化硅衬底层201，碳化硅外延层202；场绝缘区203-1~203-n；第一缓冲区204、第二缓冲区205；端部发射区206、中间发射区207；阳极208；阴极209-1~209-n。碳化硅外延层202位于碳化硅衬底层201之上；n个场绝缘区203-1~203-n均匀间隔分布于碳化硅外延层202之上；第一缓冲区204分别分布于器件两端，各第二缓冲区205分别分布于各个场绝缘区之间的碳化硅外延层之内，各个缓冲区分别与相邻的场绝缘区相接；两个端部发射区206分别对应位于器件两端的第一缓冲区204，各中间发射区207分别对应位于各个第二缓冲区205之内，且各发射区不与碳化硅外延层202直接接触；阳极208位于器件表面左侧的端部发射区206表面，各阴极209-1~209-n分别一一对应位于其余发射区表面，且阳极208以及各阴极209-1~209-n均不与缓冲区直接接触。其中，n为正整数，也即为场绝缘区的数量，场绝缘区的数量根据实际需要确定，需要钳压的范围越大，n值越大。

上述横向穿通型SiC-TVS器件的制备方法具体步骤如下：

步骤1：如图2所示，提供一个重掺杂的B导电类型的碳化硅衬底层201，在B导电类型的碳化硅衬底层201表面外延生长轻掺杂的A导电类型的外延层202。

步骤2：如图3所示，通过氮化物淀积、氮化物掩蔽与刻蚀、特定区域的局部氧化和氮化物去除的步骤在A导电类型的外延层202表面形成若干均匀间隔的场绝缘区，此处的场绝缘区的数量为n，从左至右依次为场绝缘区203-1，场绝缘区203-2，……，场绝缘区203-(n-1)和场绝缘区203-n。

步骤3：如图4所示，在器件表面进行轻掺杂形成B导电类型的两个第一缓冲区204和若干第二缓冲区205，其中第一缓冲区204位于器件左右两端，第二缓冲区205位于各场绝缘区之间，各缓冲区与相邻的场绝缘区分别相接。

步骤4：如图5所示，分别在第一缓冲区204表面进行重掺杂形成B导电类型的端部发射区206，分别在各第二缓冲区205表面进行重掺杂形成B导电类型的中间发射区207，且各个发射区均不与碳化硅外延层202直接接触。

步骤5：如图6所示，采用后端制程工艺，在端部发射区206、中间发射区207表面经淀积金属及退火等步骤分别形成电极，其中阳极208位于左侧的端部发射区206上方，阴极209-1至阴极209-(n-1)分别依次位于各中间发射区207上方，阴极209-n位于右端的端部发射区206上方，且阳极208以及各阴极均不与缓冲区直接接触。

本发明的原理为：本发明通过在端部发射区206和相邻的中间发射区207之间以及各中间发射区207之间分别增加场绝缘区的方式，避免了现有结构中载流子从阳极208向各阴极移动的过程中，载流子会逐渐集中到碳化硅外延层202与表面氧化层界面处，将表面氧化层击穿导致阳极与阴极之间短路的情况，从而增加了器件的可靠性及其使用寿命。

可选的，如果A导电类型为P型离子，则B导电类型为N型离子；相反的，如果A导电类型为N型离子，则B导电类型为P型离子。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。