一種新型平面型二極管器件的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種新型平面型二極管器件結構；本發(fā)明的二極管器件結構由溝道和漂移區(qū)構成；當二極管器件接反向偏壓時，溝道相鄰的摻雜區(qū)形成的夾斷勢壘和肖特基勢壘共同阻斷反向電流；當二極管器件接正向偏壓時，溝道內(nèi)的勢壘和肖特基勢壘被同時降低，允許電流通過，可調(diào)的溝道參數(shù)實現(xiàn)了相對低的開啟電壓；本發(fā)明適用于所有半導體材料的平面結構二極管器件。
【專利說明】一種新型平面型二極管器件
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及電力電子【技術領域】，涉及幾乎所有應用場合下的電氣設備，包括交流電機、變頻器、開關電源、牽引傳動等領域的一種新型二極管器件。
【背景技術】
[0002]作為重要的功率半導體器件，二極管器件主要包括基于PN結勢壘和肖特基勢壘兩種。PN結勢壘具有相對較高的勢壘高度，反向泄漏電流低，但正向?qū)▔航灯?，同時存在反向恢復電流的問題；而肖特基勢壘具有良好的正向特性，不存在反向恢復電流的問題，但是在承受高的反向電場時，會受到勢壘變低和隧穿效應的影響，導致反向泄露電流大大增加，對器件長期工作的可靠性產(chǎn)生了影響。如何同時優(yōu)化并且平衡二極管器件的正反向特性是半導體器件設計的重要課題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明提出了新的平面型二極管結構，適用于所有半導體材料的二極管器件。相對于僅依靠肖特基勢壘或者直接PN結勢壘的二極管，本發(fā)明提出的二極管結構具有以下特點:
[0004]1.明顯降低的泄漏電流。通過調(diào)節(jié)溝道摻雜和寬度，可以將反向泄漏電流明顯降低。
[0005]2.可以調(diào)節(jié)的正向開啟電壓。隨著溝道寬度和摻雜的改變，開啟電壓可以得到調(diào)節(jié)并大大降低。
[0006]3.良好的反向恢復特性。正向?qū)l件下為單極性工作，電流主要通過溝道流過，無明顯少子注入現(xiàn)象，因此具有和肖特基二極管一樣的無反向恢復電流的特點。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0007]圖1是發(fā)明基于水平溝道的結構截面圖；
[0008]圖2是發(fā)明基于垂直溝道的結構截面圖；
[0009]圖3是發(fā)明基于傾斜型垂直溝道的結構截面圖；
[0010]圖4是與圖1結構相對應的P型二極管例子的結構示意圖。。
[0011]其中，
[0012]1、溝道，第一半導體類型；
[0013]2、重摻雜區(qū)，第二半導體類型；
[0014]3、漂移區(qū)，第一半導體類型；
[0015]4、表面RESURF結構層，第二半導體類型；
[0016]5、襯底，第二半導體類型；
[0017]6、肖特基接觸界面，第一半導體類型；
[0018]7、陽極金屬；[0019]8、陰極金屬；
[0020]9、歐姆接觸層，第一半導體類型；
[0021]10、肖特基金屬；
具體實施方案
[0022]實施例1
[0023]圖1為本發(fā)明的一種新型平面二極管器件的結構截面圖，結合圖1予以詳細說明。
[0024]如圖1所示，一種新型結構的平面型二極管器件，包括:襯底5，其上方為漂移區(qū)3和溝道I ;可以選擇是否在漂移區(qū)3的表面增加RESURF結構層4 ;導電溝道I與漂移區(qū)3相連，并處在重摻雜區(qū)2和襯底5之間；肖特基金屬材料10位于溝道I的終端表面，形成肖特基接觸界面6 ;陽極金屬7與重摻雜區(qū)2歐姆接觸，并與肖特基金屬10互連，為器件引出電極；陰極金屬8通過歐姆接觸層9與漂移區(qū)3相連，引出電極。
[0025]在本例中，第一半導體類型為N型半導體導電材料，第二半導體類型為P型半導體材料，因此構成N型二極管；其制造工藝包括如下步驟:
[0026]第一步，在P型襯底5上方按照漂移區(qū)的濃度設計外延生長產(chǎn)生需要的N型外延層；
[0027]第二步，在指定的溝道I所在位置按照溝道濃度摻入N型摻雜；
[0028]第三步，在器件表面利用離子注入或擴散方式在溝道位置摻入高濃度P型摻雜，以形成P型重摻雜區(qū)2，同時產(chǎn)生夾在P型摻雜區(qū)2和襯底5之間的溝道I ;
[0029]第四步，根據(jù)設計需要，選擇是否在溝道I相鄰的漂移區(qū)上方表面繼續(xù)摻入P型摻雜，產(chǎn)生表面RESURF結構層4 ；
[0030]第五步，漂移區(qū)3的終端表面采用離子注入或擴散方式摻入高濃度的N型摻雜，得到歐姆接觸層9 ；
[0031]第六步，在與溝道I相連的器件一端淀積肖特基金屬材料10，獲得肖特基接觸界面6 ；
[0032]第七步，分別在重摻雜區(qū)2和歐姆接觸層9上方淀積金屬，形成歐姆接觸，獲得需要的陽極金屬7和陰極金屬8，并使陽基金屬7與肖特基金屬互連，然后引出器件兩端電極，如圖1所示。
[0033]實施例2
[0034]圖2為本發(fā)明的一種新型平面型二極管器件的結構截面圖，結合圖2予以詳細說明。
[0035]如圖2所示，一種新型平面型結構的二極管器件，包括:襯底5，其上方為漂移區(qū)3 ；導電溝道I位于漂移區(qū)3上方的臺面中，并處在兩塊相鄰的重摻雜區(qū)2之間；在溝道I表面為肖特基金屬10，形成肖特基接觸界面6 ;陽極金屬7位于器件溝道I兩側(cè)，和重摻雜區(qū)2實現(xiàn)歐姆接觸，并與肖特基金屬10互連，為器件弓I出電極；可以選擇是否在漂移區(qū)3上方增加表面RESURF結構層4 ;陰極金屬8位于漂移區(qū)3的另一端，通過歐姆接觸層9與漂移區(qū)3連接，引出電極。
[0036]在本例中，第一半導體類型為N型半導體導電材料，第二半導體類型為P型半導體材料，因此構成N型二極管；其制造工藝包括如下步驟:[0037]第一步，在P型襯底5上方按照漂移區(qū)的濃度設計外延生長產(chǎn)生需要的N型外延層；
[0038]第二步，接著按照溝道濃度繼續(xù)摻入N型摻雜，并通過刻蝕產(chǎn)生需要的臺面結構；
[0039]第三步，在得到的臺面兩側(cè)位置摻入高濃度P型摻雜形成P型重摻雜區(qū)2，同時產(chǎn)生夾在相鄰P型摻雜區(qū)2之間的溝道I ;
[0040]第四步，根據(jù)設計需要，選擇是否在溝道I相鄰的漂移區(qū)上方表面繼續(xù)摻入P型摻雜，產(chǎn)生表面RESURF結構層4 ；
[0041]第五步，在漂移區(qū)3 —端的表面采用離子注入或擴散方式摻入高濃度的N型摻雜，得到歐姆接觸層9 ；
[0042]第六步，在溝道I表面淀積指定的肖特基金屬10，形成肖特基接觸界面6 ；
[0043]第七步，分別在重摻雜區(qū)2和歐姆接觸層9上方淀積金屬，形成歐姆接觸，獲得需要的陽極金屬7和陰極金屬8，同時令陽極金屬7與肖特基金屬IO互連，然后引出器件兩端電極，如圖2所示。
[0044]圖3是本發(fā)明的一種新型二極管器件的結構截面圖，其結構在圖2的基礎上，在刻蝕步驟中采用傾斜型刻蝕的方式，從而得到傾斜的溝道I。
[0045]實施例3
[0046]上述圖1至圖3所展示的為N型二極管的結構截面圖，其分別對應一種相應的P型二極管結構。此時第一半導體類型為P型半導體導電材料，第二半導體類型為N型半導體導電材料，同時將陽極金屬和陰極金屬的位置調(diào)換，即可獲得對應的P型二極管，以圖1所示的第一種二極管結構為例予以說明。
[0047]圖4為本發(fā)明的一種新型平面型二極管器件的結構截面圖，其結構與圖1所展示的N型二極管結構相對應，結合圖3予以詳細說明。
[0048]如圖4所示，一種新型平面型結構的二極管器件，包括:襯底5，其上方為漂移區(qū)3和溝道I ;可以選擇是否在漂移區(qū)3的表面增加RESURF結構層4 ;導電溝道I與漂移區(qū)3相連，并處在重摻雜區(qū)2和襯底5之間；肖特基金屬10位于溝道I的終端表面，形成肖特基接觸界面6 ;陰極金屬8與重摻雜區(qū)2歐姆接觸，并與肖特基金屬10互連，為器件引出電極；陽極金屬7通過歐姆接觸層9與漂移區(qū)3相連，引出電極。
[0049]在本例中，第一半導體類型為P型半導體導電材料，第二半導體類型為N型半導體材料，因此構成P型二極管；其制造工藝包括如下步驟:
[0050]第一步，在N型襯底5上方按照漂移區(qū)的濃度設計外延生長產(chǎn)生需要的P型外延層；
[0051]第二步，在指定的溝道I所在位置按照溝道濃度摻入P型摻雜；
[0052]第三步，在器件表面利用離子注入或擴散方式在溝道位置摻入高濃度N型摻雜形成N型重摻雜區(qū)2，同時產(chǎn)生夾在N型摻雜區(qū)2和襯底5之間的溝道I ;
[0053]第四步，根據(jù)設計需要，選擇是否在溝道I相鄰的漂移區(qū)上方表面繼續(xù)摻入N型摻雜，產(chǎn)生表面RESURF結構層4 ；
[0054]第五步，在漂移區(qū)3終端的表面采用離子注入或擴散方式摻入高濃度的N型摻雜，得到歐姆接觸層9 ；
[0055]第六步，在與溝道I相連的器件一端淀積指定的肖特基金屬材料10，獲得肖特基接觸界面6 ；
[0056]第七步，分別在重摻雜區(qū)2和歐姆接觸層9上方淀積金屬，形成歐姆接觸，獲得需要的陽極金屬7和陰極金屬8，并使陰基金屬8與肖特基金屬IO互連，然后引出器件兩端電極，如圖4所示。
[0057]圖2和圖3同理存在對應的P型二極管結構,不做贅述。
[0058]通過上述實例闡述了本發(fā)明，同時也可以采用其他實例予以實現(xiàn)，本發(fā)明不局限于上述具體實例，因此由所附權利要求范圍限定。
【權利要求】
1.一種新型平面型二極管器件結構，其特征在于:包括: 溝道，由鄰近的相應類型的摻雜區(qū)構成，同時形成所需的勢壘高度，通過肖特基接觸形成二極管一端； 漂移區(qū)，由半導體材料構成，與溝道相連，并通過歐姆接觸獲得二極管另一端。
2.如權利要求1所述的平面型二極管器件，其特征在于:所述二極管器件可以采用任意半導體材料，包括硅、碳化硅、氮化鎵、金剛石等等。
3.如權利要求1所述的平面型二極管器件，其特征在于:所述二極管器件可以為P型二極管或N型二極管。
4.如權利要求1所述的平面型二極管器件，其特征在于:所述的半導體溝道，可以為垂直型、橫向型、傾斜型結構，其中的摻雜可以為一致性摻雜或非一致性摻雜。
5.如權利要求1所述的二極管器件，其特征在于:所述的半導體漂移區(qū)，可以包含或不包含表面RESURF結構。
【文檔編號】H01L29/861GK103579364SQ201210259566
【公開日】2014年2月12日 申請日期:2012年7月24日 優(yōu)先權日:2012年7月24日
【發(fā)明者】王玨, 何敏 申請人:杭州恩能科技有限公司