【专利解密】扬州扬杰如何改进碳化硅肖特基二极管与元胞结构?

【嘉德点评】扬杰电子设计的新型元胞结构与碳化硅结势垒肖特基二极管,此器件在拐角处使用了条形元胞,避免了六边形元胞P掺杂与过渡区P掺杂形成各种角度的尖刺状图形,从而提高器件反向耐压能力,减少器件的损坏率,同时器件中间采用六边形元胞,提高了器件电流密度。

集微网消息,随着江苏微电子产业的大力发展,逐步涌现出一大批优秀的半导体企业。扬杰电子深耕该领域多年,目前正借助工业互联网,实现工业化与信息化的高度融合,大力投入8英寸硅晶片生产线建设,提升其在半导体领域的竞争力。

碳化硅作为第三代新型半导体材料,具有禁带宽度大、临界击穿电场高、热导率高等独特优势,可广泛应用于结势垒肖特基二极管,是制作高耐压、大功率、耐高温器件的理想半导体材料。在碳化硅结势垒肖特基二极管的版图结构设计中,元胞结构有条形、方形以及多边形结构。条形元胞结构通过增加P注入面积,牺牲正向电流密度以提高器件的反向耐压能力。方形或多边形元胞通过增加肖特基接触面积,提高器件的正向电流密度,然而,方形或多边形的元胞的P掺杂区域与过渡区拐角形成大小不等的角度,当结势垒肖特基二极管承受方向能量时,小角度P掺杂区域的电场更加集中,由于二极管反向承受能力有限,容易烧毁而导致整个器件损坏,从而影响器件稳定工作,造成浪费和安全隐患。

在这种情况下,扬州扬杰公司于2017年5月17日提出一项名为“元胞版图、元胞结构及碳化硅结势垒肖特基二极管的制作方法”的发明专利(申请号:201710347957 .7),申请人为扬州扬杰电子科技股份有限公司。

此专利提出了一种元胞结构及碳化硅结势垒肖特基二极管的制作方法,在保证较高电流密度的条件下,保证碳化硅结势垒肖特基二极管承受反向能量时不易损坏,从而提升系统的稳定性与性能。

图1 六边形与条形元胞混合碳化硅结势垒肖特基二极管拐角部分

图1为专利提出的元胞版图,用于制作碳化硅结势垒肖特基二极管的元胞结构。包括元胞区101、围绕元胞区101的过渡区103、过渡区103外围的终端区104,以及位于元胞区101之间的肖特基接触区域102。元胞区布置六边形元胞区和条形元胞区,条形元胞区设置在过渡区的拐角处,元胞区除条形元胞区以外的区域为六角形元胞区。所述条形元胞区与过渡区的拐角处平行设置,以避免六角形元胞区与过渡区之间形成锐角。六角形元胞区还可以采用圆形元胞区或其他多边形元胞区(如方形),在过渡区的拐角处仍然采用条形元胞区。图1所示的元胞版图中,元胞区和过渡区的最小线条宽度小于1 .5微米。

图2 碳化硅结势垒肖特基二极管版图结构制作方法的流程图

图2展示了碳化硅结势垒肖特基二极管的制作方法,步骤S301在碳化硅衬底上生长碳化硅外延层,然后在外延层上沉积厚度为1.8-2.3微米的二氧化硅掩膜层;进而在步骤S303对二氧化硅掩膜层进行刻蚀图形化,形成P注入区域图形,其中二氧化硅掩膜层作为离子注入阻挡层,刻蚀后的二氧化硅掩膜层的侧壁倾斜角度大于85°。此后对P注入区域进行高能离子注入,以形成元胞区、过渡区和终端区。最后在步骤S305中进行后续工艺,包含去除二氧化硅掩膜层后进行高温激活退火、背面溅射欧姆合金并退火形成欧姆接触、正面溅射肖特基金属并退火形成肖特基接触、正面和背面进行金属加厚等。

以上就是扬杰电子设计的新型元胞结构与碳化硅结势垒肖特基二极管,此器件在拐角处使用了条形元胞,避免了六边形元胞P掺杂与过渡区P掺杂形成各种角度的尖刺状图形,从而提高器件反向耐压能力,减少器件的损坏率,同时器件中间采用六边形元胞,提高了器件电流密度。

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(校对/holly)

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