一种提升抗浪涌能力的SiCMPS二极管版图结构的制作方法
一种提升抗浪涌能力的sic mps二极管版图结构
技术领域
[0001] 本发明属于功率半导体器件领域，具体涉及一种提升抗浪涌能力的sic mps二极管版图结构。
背景技术：
[0002]
碳化硅（sic）材料具有禁带宽度大、临界击穿电场强、热导率高及抗辐射性等优点，是制作功率半导体器件的理想材料。与si相比，sic基功率半导体器件的击穿电压更高、导通压降更低、工作频率更高、体积更小及更可靠的高温稳定性，更适合于电力电子电路。目前，sic jbs二极管既具有pin二极管的高击穿电压、低正向压降，又具有sbd的低开启电压、快速开关等优势，因此sic jbs是最先进入产业化的碳化硅商业产品。
[0003]
然而，为了发挥sic材料的优势，sic器件被应用于高温、高压和大功率等应用领域，因此可靠性是器件安全稳定工作的重要议题。对于sic jbs，抗浪涌电流冲击能力是其一个非常重要的设计指标。
[0004]
为了提升sic jbs的抗浪涌能力，研究者们在sic jbs的基础上，开发出了sic mps（merged pin schottky）二极管，在sic mps中，除了小尺寸p+区外，还有用于提升器件抗浪涌可靠性的大尺寸p+区，其中小尺寸p+区作用与sic jbs中的p+区相同，大尺寸p+区的作用在于提高器件的抗浪涌能力。
[0005]
rahul radhakrishnan等人2018年在文章《analysis of forward surge performance of sic schottky diodes》中研究了过大电流导致器件失效的机理。结果发现，在p+过渡区的拐角处大电流聚集导致过热应力使得金属熔融，覆盖到终端区的上表面，导致器件失效。
[0006]
为了获得更好的抗浪涌能力，2018年，hongyi xu等人提出将p+过渡区扩展至40μm。结果发现，与传统窄条p+过渡区相比，宽的p+过渡区可缓解snap-back现象和提升器件的抗浪涌能力。
[0007]
所以，需要提出一种既改进抗浪涌性能又尽量不牺牲芯片面积的sic mps二极管版图结构。
[0008]
技术实现要素：
[0009]
本发明的目的是提出一种提升抗浪涌能力的sic mps二极管版图结构，解决现有技术存在的sic mps二极管抗浪涌能力弱的问题，增大器件的可靠性。
[0010]
本发明提供了一种提升抗浪涌能力的sic mps二极管版图结构，所述版图结构中p+过渡区的形状为多边形环，其中，所述多边形环中包括呈弧状凸起的外环顶角和呈弧状的内环顶角，所述顶角处的弧线均与相邻直边相交。
[0011]
可选地，所述多边形环的每个外环顶角均呈凸起圆弧状。
[0012]
可选地，所述外环顶角处的弧形与相邻直边相交，所述外环顶角处的圆弧与所述
内环圆弧为同心圆弧。
[0013]
可选地，所述外环顶角与内环顶角之间的距离大于内环直边与外环直边的之间的距离。
[0014]
可选地，所述外环顶角处的弧线与相邻直边相交，所述外环顶角处的圆弧的曲率小于所述内环顶角处的圆弧的曲率。
[0015]
可选地，所述外环顶角处的圆弧半径范围在2～8μm。
[0016]
可选地，所述sic mps二极管具有若干p+区，其中，所述p+区包括中心若干p+条形结构和有源区与终端过渡区的p+多边形环。
[0017]
可选地，所述p+多边形环为矩形环，所述p+多边形环的宽度为20～28μm，p+多边形环的深度为0.4～1.0μm。
[0018]
可选地，所述p+环为在n-sic漂移区上表面通过离子注入形成。
[0019]
可选地，所述n-sic漂移区在n+-sic衬底上表面向上外延生长形成，其中，n+-sic衬底为4h-sic单晶衬底、6h-sic单晶衬底或者3c-sic单晶衬底中的一种。
[0020]
根据本发明实例提供的提升抗浪涌能力的sic mps二极管版图结构，通过将有源区与终端之间的p+过渡区环形结构改进为外环顶角凸起的多边形环，使得在大电流模式下，降低拐角处的电流密度，提升器件的抗浪涌能力，增大器件的可靠性。
[0021]
因此，本发明提供的sic mps二极管版图结构可显著提高产品的性能。
附图说明
[0022]
图1是本发明实施例1所述的提升抗浪涌能力的sic mps二极管版图结构的俯视图；图2是图1中a-a’线所截的剖面图；图3是本发明实施例2所述的提升抗浪涌能力的sic mps二极管版图结构的俯视图；图4是本发明实施例3所述的提升抗浪涌能力的sic mps二极管版图结构的俯视图。
具体实施方式
[0023]
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
[0024]
实施例1本发明公开了一种提升抗浪涌能力的sic mps二极管版图结构，如图1示出了本发明第一实施例的提升抗浪涌能力的sic mps二极管结构中p+区注入区的俯视图，具体包括有源区中心若干p+条形区域1和有源区与终端之间的p+过渡区2。
[0025]
如图1所示，有源区中心若干p+条形区域1的宽度是比较窄的，宽度为1～5μm，有源区与终端之间的p+过渡区2是比较宽的，宽度为20～40μm。
[0026]
如图1所示，有源区与终端之间的p+过渡区2是一个矩形环，其中，拐角处的内环为弧形，外环为顶角凸起的弧形结构。
[0027]
有源区与终端之间的p+过渡区2的外环弧形与内环弧形为同心圆弧，其中，外环顶角处的圆弧半径范围在2.0μm～8.0μm。
[0028]
如图2所示，p+条形区域1的掺杂浓度为1x10
19
cm-3
～5x10
19
cm-3
，p+条形区域1的深度为0.6～1.0μm；p+过渡区2的掺杂浓度为5x10
15
cm-3
～2x10
16
cm-3
，p+过渡区2的深度为0.6μm～1.0μm。
[0029]
如图1和图2中，本发明的p+条形区域1和p+过渡区2在n-sic漂移区3的上表面通过离子注入工艺形成。
[0030]
n-sic漂移区3的掺杂浓度为5x10
15
cm-3
～2x10
16
cm-3
，n-sic漂移区2的厚度为6.6μm～33.0μm。
[0031]
n-sic漂移区3是在n+-sic衬底4的上表面通过外延生长而成。
[0032]
n+-sic衬底4为4h-sic单晶衬底、6h-sic单晶衬底或3c-sic衬底；n+-sic衬底4的掺杂浓度为1x10
19
cm-3
～5x10
19
cm-3
，衬底4的厚度为100～180μm；在整个有源区的上表面淀积阳极金属5，上表面金属电极5材料为ti/al，电极厚度为10nm～2000nm；衬底的下表面淀积阴极金属6，阴极欧姆接触电极6材料为ni/al，欧姆电极厚度为10nm～2000nm。
[0033]
然而本发明实施例并不限于此，本领域技术人员可以根据需要，可以将p+区注入区的形状进行其他设置，例如p+过渡区2呈其他多边形结构，多边形的内环和外环的顶角均呈弧状或椭圆弧状。
[0034]
实施例2参见图3，图3示出了本发明实施例2的p+过渡区2的注入形状俯视图。
[0035]
如图3所示，本实施例与第一实施例的不同之处在于，内环顶角也呈凸起弧状，且顶角处的弧线与相邻直边相交，内环顶角处的圆弧与外环顶角处的圆弧为同心圆弧。在此情况下，直边的内边与外边的距离等于拐角弧形顶角内环和外环之间的距离。
[0036]
实施例3参见图4，图4示出了本发明实施例3的p+过渡区2的注入形状俯视图。
[0037]
如图4所示，本实施例与第一实施例的不同之处在于，内环顶角也呈凸起弧状，顶角处的弧线与相邻直边相交，且内环顶角处的圆弧的曲率大于外环顶角处的圆弧的曲率。在此情况下，直边的内边与外边的距离小于拐角弧形顶角内环和外环之间的距离。
[0038]
根据本实施例提供的提升抗浪涌能力的sic mps二极管版图结构，通过将p+过渡区2的拐角处弧形区域改进为顶角凸起的多边形环，使得大电流状态下，降低拐角处的电流密度，释放热应力，提升器件的抗浪涌能力，增大器件的可靠性。
[0039]
本发明的内容不限于实施例所列举，本领域普通技术人员通过阅读本发明说明书而对本发明技术方案采取的任何等效的变换，均为本发明的权利要求所涵盖。
技术特征：
1.一种提升抗浪涌能力的sic mps二极管版图结构，其特征在于，包括有源区的p
+
条形区和围绕p
+
条形区的多边形环，其中，所述多边形环中包括呈弧状凸起的外环顶角和呈弧状的内环顶角，所述外环和内环顶角处的弧线与相邻直边相交。2.根据权利要求1所述的提升抗浪涌能力的sic mps二极管版图结构，其特征在于，所述多边形环的的每个外环顶角和内环顶角均呈弧状。3.根据权利要求1所述的提升抗浪涌能力的sic mps二极管版图结构，其特征在于，所述多边形环为矩形环。4.根据权利要求1所述的提升抗浪涌能力的sic mps二极管版图结构，其特征在于，所述多边形环的内环直边与外环直边的距离范围在22μm～28μm之间。5.根据权利要求2所述的提升抗浪涌能力的sic mps二极管版图结构，其特征在于，所述多边形环的内环直边和外环直边的距离小于所述多边形环的外环顶角与内环顶角之间的距离。6.根据权利要求2所述的提升抗浪涌能力的sic mps二极管版图结构，其特征在于，所述多边形环的内环直边和外环直边的距离等于所述多边形环的外环顶角与内环顶角之间的距离。7.根据权利要求2所述的提升抗浪涌能力的sic mps二极管版图结构，其特征在于，所述外环顶角处的圆弧半径范围在2μm～8μm之间。8.根据权利要求5所述的提升抗浪涌能力的sic mps二极管版图结构，其特征在于，所述内环为圆角矩形，所述内环顶角处的弧线与相邻直边相切。9.根据权利要求5所述的提升抗浪涌能力的sic mps二极管版图结构，其特征在于，所述外环顶角处的弧线与相邻直边相交，所述外环顶角处的圆弧曲率小于所述内环顶角处圆弧的曲率。10.根据权利要求6所述的提升抗浪涌能力的sic mps二极管版图结构，其特征在于，所述内环顶角处的弧线与相邻直边相交，所述内环顶角处的圆弧与所述外环顶角处的圆弧为同心圆弧。
技术总结
本发明公开了一种提升抗浪涌能力的SiC MPS二极管版图结构，该结构的p+过渡区为多边形环，其中多边形环中包括呈弧形凸起的外环顶角和呈弧状的内环顶角，外环顶角处的弧形和内环弧形与相邻的直边相交。该版图结构将传统弧形顶角改进为外环弧形顶角凸起的形状，使得器件在大电流状态下可释放顶角处的热应力，提高器件的抗浪涌能力，增大器件的可靠性。增大器件的可靠性。增大器件的可靠性。
