專利名稱：一種新型快速恢復(fù)二極管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
一種新型快速恢復(fù)二極管
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于半導(dǎo)體功率器件技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種新型快速恢復(fù)二極管。背景技術(shù)：
快速恢復(fù)二極管(FRD)廣泛應(yīng)用于中低壓、高壓及超高壓領(lǐng)域，隨著電力系統(tǒng)、機車牽引等高端市場的發(fā)展，對FRD的工作特性及可靠性要求越來越高。如圖1所示，傳統(tǒng)的FRD為PIN三層結(jié)構(gòu)，當(dāng)正向?qū)〞rP型摻雜區(qū)02中的空穴和N型摻雜區(qū)05中的電子分別向本征區(qū)01注入并在此區(qū)域復(fù)合，形成電導(dǎo)調(diào)制，而本征區(qū)01中載流子存儲越多導(dǎo)通電阻越低，正向壓降Vf越小，若此時給FRD施加反向偏壓，由于本征區(qū)01內(nèi)還存在大量載流子，F(xiàn)RD并不能立刻關(guān)斷，本征區(qū)01內(nèi)的載流子將被正、負(fù)電極抽取干凈，而抽取所用的時間即為反向恢復(fù)時間U，載流子在反向偏壓的作用下被正、負(fù)電極抽取形成反向電流IK，Ie由零增加至最大反向峰值電流I 后FRD恢復(fù)阻斷能力，Ik隨即開始減小至零，從I 減小至零所用的時間tb與Ik從零增加至Ikem所用的時間&之比稱為軟度(S=tb / ta)。的長短直接關(guān)系到開關(guān)器件的開關(guān)損耗和工作頻率；軟度關(guān)系到FRD的工作安全性。公開號為US6888211B2 (圖2)專利公開了通過進行離子注入、高溫推結(jié)，形成低摻雜的P型區(qū)121后再進行離子注入、激活形成高濃度淺結(jié)的P+摻雜區(qū)122，以保證陽極的歐姆接觸。但此方法的改善程度有限，因為P型摻雜區(qū)濃度降低過多時，同陽極金屬的接觸電阻會增加，而且反偏時耗盡區(qū)接近硅表面，反向漏電流會增加；專利號為97112472.8 (圖3)中通過采用P+ / P (222/221)兩層結(jié)構(gòu)，盡管有利于FRD的動態(tài)性能，但是增加了一道光刻工藝，制造成本較高。

實用新型內(nèi)容為克服以上不足，本實用新型提供了一種低Ikkm和t 、高反向恢復(fù)軟度的工藝簡單且制造成本低的快速恢復(fù)二極管及其制造方法。為達到上述目的，本實用新型提供了一種快速恢復(fù)二極管，包括P型摻雜區(qū)，均勻摻雜的本征區(qū)，N型摻雜區(qū)和陽極、陰極金屬層及場氧化膜，其中，P型摻雜區(qū)包括高濃度P型摻雜區(qū)和低濃度P型摻雜區(qū)。本實用新型的一種快速恢復(fù)二極管，其中，HP和LP相間、交錯分布。本實用新型的一種快速恢復(fù)二極管，其中，場氧化膜上刻蝕有離子注入窗口。本實用新型的一種快速恢復(fù)二極管，其中，離子注入窗口的間距為L，形狀為正六邊形、正方形、圓形或插指形。本實用新型的一種快速恢復(fù)二極管，其中，離子注入窗口的間距L為固定值或非固定值。L為某一固定值，離子注入窗口間的間距即為某一固定值，即離子注入窗口為等間距；L為非固定值，離子注入窗口間的距離不固定，即離子注入窗口為非等間距。本實用新型的一種快速恢復(fù)二極管， 其中，L為固定值。[0012]本實用新型的一種快速恢復(fù)二極管，其中，離子注入窗口為正六邊形。本實用新型的一種快速恢復(fù)二極管，其中，場氧化膜上等間距分布有正六邊形離子注入窗口。一種制備快速恢復(fù)二極管的高、低濃度相間的P型摻雜區(qū)的方法，通過在均勻摻雜的本征區(qū)上以任意間距L的任意形狀離子注入窗口進行局域注入并進行熱擴散推進，推進結(jié)深H為3 80um，形成高、低濃度相間的P型摻雜區(qū)后經(jīng)過孔刻蝕和陽極、陰極金屬化及鈍化。離子注入劑量為I X IO13 I X IO1Vcm2,離子注入的種類可以為硼(B)、鋁(Al )、鎵(Ga)。本實用新型的制備方法，其中，L在0.4H彡L彡1.6H區(qū)間。以保證雜質(zhì)推進后相鄰的兩個P型摻雜區(qū)(高摻雜P區(qū)HP和低摻雜P區(qū)LP)可以連接上。本實用新型的一種快速恢復(fù)二極管，其中，高濃度P摻雜區(qū)的載流子濃度Ie17 Ie19CnT3,高濃度P摻雜區(qū)的載流子濃度高于低濃度P摻雜區(qū)約2 5個數(shù)量級。本實用新型的制備方法，其中，采用等間距、正六邊形離子注入窗口進行局域注入較優(yōu)，注入后P型區(qū)濃度及形貌更具有對稱性和規(guī)律性，保證FRD工作過程中的電流均勻性和低漏電流。本實用新型通過P型摻雜區(qū)的高、低濃度相間，使得在正向?qū)〞r，P型區(qū)會向本征區(qū)注入載流子，低摻雜P區(qū)LP的發(fā)射極注入效率明顯低于高摻雜P區(qū)HP，因此減少了反向恢復(fù)電荷Q 。當(dāng)二極管處于反向偏壓時，低摻雜P型區(qū)LP處的PN結(jié)會先形成空間電荷區(qū)，并快速掃出載流子，起到減少Q(mào)ra和、抑制Im的作用；高摻雜P區(qū)HP處的PN結(jié)掃出載流子則會較慢，一部分載流子通過負(fù)電極被抽走，另一部分載流子在反向恢復(fù)后期則通過載流子復(fù)合的形式緩慢消失，這一過程即實現(xiàn)了 FRD的發(fā)射極注入效率自調(diào)節(jié)，使FRD具有軟恢復(fù)特性。發(fā)射極自調(diào)節(jié)可以使FRD在反向恢復(fù)過程具有低di/dt，進而減少FRD反向工作過程中產(chǎn)生的震蕩，提高FRD的安全工作區(qū)，且高摻雜P區(qū)HP和低摻雜P區(qū)LP形成相互連接的且具有濃度梯度的雜質(zhì)分布是保證了二極管反偏時耗盡層低于Si/Si02界面，避免表面漏電。本實用新型的通過調(diào)節(jié)高摻雜P區(qū)HP的注入面積S和注入窗口間距L從而調(diào)節(jié)發(fā)射極注入效率，L和H的關(guān)系應(yīng)滿足0.4H彡L彡1.6H，通過合理的調(diào)節(jié)H、S、L之間的關(guān)系，可有效調(diào)節(jié)發(fā)射極注入效率。和最接近的現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型的具有以下特點:1、通過調(diào)節(jié)發(fā)射區(qū)結(jié)深H和注入窗口間距L可以有效調(diào)節(jié)發(fā)射極注入效率，實現(xiàn)在器件關(guān)斷時I 和的降低，即降低反向恢復(fù)電荷Q ，從而減小開關(guān)器件的工作損耗，降低電磁干擾噪聲EMI ；2、在滿足L和H的前提下，通過調(diào)節(jié)注入面積S占總有源區(qū)面積的比例，可以實現(xiàn)調(diào)節(jié)發(fā)射極注入效率，降低反向恢復(fù)后期的載流子恢復(fù)速度，一定程度上改善反向恢復(fù)的軟度；2、采用等間距的正六邊形結(jié)構(gòu)作為P型區(qū)注入窗口，以實現(xiàn)高摻雜P區(qū)和低摻雜P區(qū)具有規(guī)律性的濃度梯度變化，從而保證器件工作過程中電流的均勻性和低漏電流；3、與現(xiàn)有技術(shù)2相比，減少一道光刻工藝且無需增加掩膜版即可實現(xiàn)發(fā)射極注入效率的調(diào)節(jié)，工藝步驟簡單、 制造成本低；[0025]4、與現(xiàn)有技術(shù)I相比，雖然接觸面積減小，但通過局域注入窗口的方法僅讓高摻雜P型區(qū)HP與發(fā)射極金屬041間連接，保證了良好低電阻的歐姆接觸，從而減少工作損耗。

圖1為傳統(tǒng)FRD器件剖面結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為美國專利器件剖面結(jié)構(gòu)示意圖；圖3中國專利器件剖面結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為本實用新型FRD器件剖面結(jié)構(gòu)示意圖；圖5為本實用新型FRD P型雜質(zhì)注入窗口俯視示意圖；圖6為本實用新型FRD P型雜質(zhì)濃度分布示意圖；圖7為本實用新型FRD場氧化制作示意圖；圖8為本實用新型FRD場氧層光刻制作示意圖；圖9為本實用新型FRD P型區(qū)注入及推結(jié)制作示意圖；其中01-均勻摻雜的N型硅片，02-傳統(tǒng)FRD結(jié)構(gòu)摻雜形成的P型發(fā)射區(qū)，03-場氧化膜，041-陽極金屬層，042-陰極金屬層，05-陰極N型摻雜區(qū)，121-現(xiàn)有技術(shù)I形成的低摻雜P型發(fā)射區(qū)，122-現(xiàn)有技術(shù)I形成的淺結(jié)高摻雜P型發(fā)射區(qū)，221-現(xiàn)有技術(shù)2形成的P型發(fā)射區(qū)，222-現(xiàn)有技術(shù)2形成的淺結(jié)高摻雜P型發(fā)射區(qū)，321-本實用新型FRD P型雜質(zhì)注入?yún)^(qū)，322-本實用新型FRD形成的摻雜高、濃度相間的低波浪型P型發(fā)射區(qū)，33-本實用新型FRD P型雜質(zhì)推進過程中生長的氧化層，H-推進結(jié)深，L-離子注入窗口間距，D-離子注入窗口，S-離子注入窗口面積，HP-高濃度P型摻雜區(qū)，LP-低濃度P型摻雜區(qū)。
具體實施方式實施例1本實用新型快速恢復(fù)二極管的制造方法I)場氧化:對均勻摻雜的N型硅襯底01進行清洗后，使用高溫氧化的方法，在硅片表面生長一層I 4um的氧化層03，如圖7所示。N型硅襯底01可以選用外延片或單晶片進行制備，受目前工藝水平及成本控制的考慮，前者更加適用于中低壓產(chǎn)品，后者則更適用于中高壓器件的研制；2)摻雜窗口刻蝕:經(jīng)過涂膠、曝光、顯影、氧化層刻蝕以及去膠等工序后，光刻出P型摻雜的尚子注入窗口 D,如圖8所不；3)發(fā)射極區(qū)摻雜:以氧化層03作為注入掩蔽窗口，通過注入窗口 D將P型雜質(zhì)注入至硅表面，形成高濃度的P型區(qū)321，如圖9所示，離子注入劑量為I X IO13 I X IO1Vcm2,P型雜質(zhì)離子種類可以為硼(B)、鋁(Al)、鎵(Ga)；4)雜質(zhì)擴散:清洗硅片后，在950 1275°C的擴散爐中進行熱擴散推進，形成相互交疊的、呈波浪形狀的P型區(qū)322，推進目標(biāo)保證結(jié)深3 80um。需保證雜質(zhì)推進后相鄰的兩個P型摻雜區(qū)可以連接上形成高摻雜P區(qū)HP和低摻雜P區(qū)LP (如圖9所示)；本步驟的結(jié)深要根據(jù)推結(jié)溫度、推結(jié)時間和氣氛氛圍等工藝條件來實現(xiàn)，擴散初期氣氛采用氧氣加氮氣，后期氣氛采用氮氣或者氮氣加氧氣。在推進過程中，注入窗口區(qū)域D生長的氧化層33的目標(biāo)值為0.03um 0.2um ；5)孔刻蝕和金屬化 :采用傳統(tǒng)的方法進行接觸孔刻蝕和金屬化，如圖6所示；[0043]6)后續(xù)鈍化。實施例2發(fā)射區(qū)采用局域注入P型離子321和高溫推結(jié)的方式實現(xiàn)相互交疊的、呈波浪形狀的P型區(qū)322。P型離子321的注入窗口的俯視圖形狀可以多樣化，例如正六邊形、正方形、圓形和插指形等，如圖4所示。實施例3P型離子的注入窗口 321之間為等間距，離子注入窗口為正六邊形，如圖5所示。通過正六邊形注入窗口注入后形成高(高摻雜P區(qū)HP)、低濃度(低摻雜P區(qū)LP)相間的的波浪狀P型摻雜結(jié)構(gòu)，如圖6所示的322。
權(quán)利要求1.一種快速恢復(fù)二極管，包括P型摻雜區(qū)，均勻摻雜的本征區(qū)，N型摻雜區(qū)和陽極、陰極金屬層及場氧化膜，其特征在于所述P型摻雜區(qū)包括高濃度P型摻雜區(qū)HP和低濃度P型摻雜區(qū)LP。
2.如權(quán)利要求1所述的一種快速恢復(fù)二極管，其特征在于所述HP和LP相間、交錯分布。
3.如權(quán)利要求1所述的一種快速恢復(fù)二極管，其特征在于所述場氧化膜上刻蝕有離子注入窗口。
4.如權(quán)利要求3所述的一種快速恢復(fù)二極管，其特征在于所述離子注入窗口的間距為L，形狀為正六邊形、正方形、圓形或插指形。
5.如權(quán)利要求4所述的一種快速恢復(fù)二極管，其特征在于所述離子注入窗口的間距L為固定值或非固定值。
6.如權(quán)利要求4所述的一種快速恢復(fù)二極管，其特征在于所述L為固定值。
7.如權(quán)利要求3所述的一種快速恢復(fù)二極管，其特征在于所述離子注入窗口為正六邊形。
8.如權(quán)利要求3所述的一種快速恢復(fù)二極管，其特征在于所述場氧化膜上等間距分布有正六邊形離子注入窗口。
專利摘要本實用新型公開了一種新型快速恢復(fù)二極管，本實用新型提供一種快速恢復(fù)二極管，包括P型摻雜區(qū)，均勻摻雜的本征區(qū)，N型摻雜區(qū)和陽極、陰極金屬層及場氧化膜，其中，P型摻雜區(qū)包括高濃度P型摻雜區(qū)HP和低濃度P型摻雜區(qū)LP。和現(xiàn)有技術(shù)比，本實用新型提供的新型快速恢復(fù)二極管，具有反向峰值電流IRRM低、反向恢復(fù)時間trr短和反向恢復(fù)軟度高的特點。
文檔編號H01L29/861GK203013737SQ20122057797
公開日2013年6月19日 申請日期2012年11月5日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月5日
發(fā)明者劉鉞楊, 高文玉, 王耀華, 張沖, 金銳, 于坤山 申請人:國網(wǎng)智能電網(wǎng)研究院, 國家電網(wǎng)公司