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(jié)構(gòu)；本發(fā)明的二極管器件結(jié)構(gòu)由溝道和漂移區(qū)構(gòu)成；當(dāng)二極管器件接反向偏壓時(shí)，溝道相鄰的摻雜區(qū)形成的夾斷勢壘阻斷反向電流；當(dāng)二極管器件接正向偏壓時(shí)，溝道內(nèi)的勢壘被同時(shí)降低，允許電流通過，可調(diào)的溝道參數(shù)實(shí)現(xiàn)了相對低的開啟電壓；本發(fā)明適用于所有半導(dǎo)體材料的平面結(jié)構(gòu)二極管器件。
【專利說明】一種新型平面型二極管器件
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電力電子【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及幾乎所有應(yīng)用場合下的電氣設(shè)備，包括交流電機(jī)、變頻器、開關(guān)電源、牽引傳動(dòng)等領(lǐng)域的一種新型二極管器件。
【背景技術(shù)】
[0002]作為重要的功率半導(dǎo)體器件，二極管器件主要包括基于PN結(jié)勢壘和肖特基勢壘兩種。PN結(jié)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撸瑫r(shí)存在反向恢復(fù)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(fù)電流的問題，但是在承受高的反向電場時(shí)，會受到勢壘變低和隧穿效應(yīng)的影響，導(dǎo)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(shí)優(yōu)化并且平衡二極管器件的正反向特性是半導(dǎo)體器件設(shè)計(jì)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(jié)構(gòu)，適用于所有半導(dǎo)體材料的二極管器件。相對于目前基于肖特基勢壘或者直接PN結(jié)勢壘的二極管，本發(fā)明提出的二極管結(jié)構(gòu)具有以下特點(diǎn):
[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(fù)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(fù)電流的特點(diǎn)。
[0007]4.無肖特基結(jié)的簡單結(jié)構(gòu)有利于器件在長期工作下的可靠性。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0008]圖1是發(fā)明基于水平溝道的結(jié)構(gòu)截面圖；
[0009]圖2是發(fā)明基于N+/P+摻雜區(qū)域毗連的水平溝道結(jié)構(gòu)截面圖；
[0010]圖3是發(fā)明基于垂直溝道的結(jié)構(gòu)截面圖；
[0011]圖4是發(fā)明基于傾斜型垂直溝道的結(jié)構(gòu)截面圖；
[0012]圖5是與圖1結(jié)構(gòu)相對應(yīng)的P型二極管例子的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0013]其中，
[0014]1、溝道，第一半導(dǎo)體類型；
[0015]2、重?fù)诫s區(qū)，第二半導(dǎo)體類型；
[0016]3、漂移區(qū)，第一半導(dǎo)體類型；
[0017]4、表面RESURF結(jié)構(gòu)層，第二半導(dǎo)體類型；
[0018]5、襯底，第二半導(dǎo)體類型；[0019]6、歐姆接觸層，第一半導(dǎo)體類型；
[0020]7、陽極金屬；
[0021]8、陰極金屬；
[0022]9、歐姆接觸層，第一半導(dǎo)體類型；
具體實(shí)施方案
[0023]實(shí)施例1
[0024]圖1為本發(fā)明的一種新型平面二極管器件的結(jié)構(gòu)截面圖，結(jié)合圖1予以詳細(xì)說明。
[0025]如圖1所示，一種新型結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)層4 ;導(dǎo)電溝道I與漂移區(qū)3相連，并處在重?fù)诫s區(qū)2和襯底5之間；陽極金屬7分別與重?fù)诫s區(qū)2，以及溝道I的另一端相連，為器件引出電極；在溝道I和陽極金屬7之間為重?fù)诫s的歐姆接觸層6 ;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。
[0026]在本例中，第一半導(dǎo)體類型為N型半導(dǎo)體導(dǎo)電材料，第二半導(dǎo)體類型為P型半導(dǎo)體材料，因此構(gòu)成N型二極管；其一種可能的制造工藝包括如下步驟:
[0027]第一步，在P型襯底5上方按照漂移區(qū)的濃度設(shè)計(jì)外延生長產(chǎn)生需要的N型外延層；
[0028]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；
[0029]第三步，在器件表面利用離子注入或擴(kuò)散方式或其他方式在溝道位置摻入高濃度P型摻雜形成P型重?fù)诫s區(qū)2，同時(shí)產(chǎn)生夾在P型摻雜區(qū)2和襯底5之間的溝道I ;
[0030]第四步，根據(jù)設(shè)計(jì)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(jié)構(gòu)層4 ；
[0031]第五步，分別在溝道I和漂移區(qū)3兩端的表面采用離子注入或擴(kuò)散方式或其他方式摻入高濃度的N型摻雜，得到歐姆接觸層6和歐姆接觸層9 ；
[0032]第六步，分別在歐姆接觸層6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P型重?fù)诫s區(qū)2良好接觸，然后引出電極，如圖1所示。
[0033]圖2是本發(fā)明的一種新型平面型二極管器件的結(jié)構(gòu)截面圖，其在圖1的基礎(chǔ)上令歐姆接觸層6和重?fù)诫s區(qū)2直接相連。
[0034]實(shí)施例2
[0035]圖3為本發(fā)明的一種新型平面型二極管器件的結(jié)構(gòu)截面圖，結(jié)合圖3予以詳細(xì)說明。
[0036]如圖3所示，一種新型平面型結(jié)構(gòu)的二極管器件，包括:襯底5，其上方為漂移區(qū)3 ；導(dǎo)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?fù)诫s區(qū)2之間；陽極金屬7位于器件溝道I上方的表面，并和重?fù)诫s區(qū)2良好接觸，為器件引出電極；在溝道I和陽極金屬7之間為重?fù)诫s的歐姆接觸層6 ;可以選擇是否在漂移區(qū)3上方增加表面RESURF結(jié)構(gòu)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。
[0037]在本例中，第一半導(dǎo)體類型為N型半導(dǎo)體導(dǎo)電材料，第二半導(dǎo)體類型為P型半導(dǎo)體材料，因此構(gòu)成N型二極管；其一種可能的制造工藝包括如下步驟:[0038]第一步，在P型襯底5上方按照漂移區(qū)的濃度設(shè)計(jì)外延生長產(chǎn)生需要的N型外延層；
[0039]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(jié)構(gòu)；
[0040]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?fù)诫s區(qū)2，同時(shí)產(chǎn)生夾在相鄰P型摻雜區(qū)2之間的溝道I ;
[0041]第四步，根據(jù)設(shè)計(jì)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(jié)構(gòu)層4 ；
[0042]第五步，分別在溝道I上方和漂移區(qū)3 —端的表面采用離子注入或擴(kuò)散方式或其他方式摻入高濃度的N型摻雜，得到歐姆接觸層6和歐姆接觸層9 ；
[0043]第六步，分別在歐姆接觸層6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(shí)令陽極金屬7與P重?fù)诫s區(qū)2良好接觸，然后引出電極，如圖1所示。
[0044]圖4是本發(fā)明的一種新型平面型二極管器件的結(jié)構(gòu)截面圖，其結(jié)構(gòu)在圖3的基礎(chǔ)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(shí)施例3
[0046]上述圖1至圖4所展示的為N型二極管的結(jié)構(gòu)截面圖，其分別對應(yīng)一種相應(yīng)的P型二極管結(jié)構(gòu)。此時(shí)第一半導(dǎo)體類型為P型半導(dǎo)體導(dǎo)電材料，第二半導(dǎo)體類型為N型半導(dǎo)體導(dǎo)電材料，同時(shí)將陽極金屬和陰極金屬的位置調(diào)換，即可獲得對應(yīng)的P型二極管，以圖1所示的第一種二極管結(jié)構(gòu)為例予以說明。
[0047]圖5為本發(fā)明的一種新型平面型二極管器件的結(jié)構(gòu)截面圖，其結(jié)構(gòu)與圖1所展示的N型二極管結(jié)構(gòu)相對應(yīng)，結(jié)合圖5予以詳細(xì)說明。
[0048]如圖5所示，一種新型平面型結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)層4 ;導(dǎo)電溝道I與漂移區(qū)3相連，并處在重?fù)诫s區(qū)2和襯底5之間；陰極金屬8分別與重?fù)诫s區(qū)2，以及溝道I的另一端相連，為器件引出電極；在溝道I和陰極金屬8之間為重?fù)诫s的歐姆接觸層9 ;陽極金屬7通過歐姆接觸層6與漂移區(qū)3相連，引出電極。
[0049]在本例中，第一半導(dǎo)體類型為P型半導(dǎo)體導(dǎo)電材料，第二半導(dǎo)體類型為N型半導(dǎo)體材料，因此構(gòu)成P型二極管；其一種可能的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(shè)計(jì)外延生長產(chǎn)生需要的P型外延層；
[0051]第二步，在指定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(kuò)散方式或其他方式在溝道位置摻入高濃度N型摻雜形成N型重?fù)诫s區(qū)2，同時(shí)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(shè)計(jì)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(jié)構(gòu)層4 ；
[0054]第五步，分別在溝道I和漂移區(qū)3兩端的表面采用離子注入或擴(kuò)散方式或其他方式摻入高濃度的N型摻雜，得到歐姆接觸層9和歐姆接觸層6 ；
[0055]第六步，分別在歐姆接觸層6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N型重?fù)诫s區(qū)2良好接觸，然后引出電極，如圖5所示。
[0056]圖2至圖4同理對應(yīng)各自的P型二極管結(jié)構(gòu)，不做贅述。
[0057]通過上述實(shí)例闡述了本發(fā)明，同時(shí)也可以采用其他實(shí)例予以實(shí)現(xiàn)，本發(fā)明不局限于上述具體實(shí)例，因此由所附權(quán)利要求范圍限定。
【權(quán)利要求】
1.一種新型平面型二極管器件結(jié)構(gòu)，其特征在于:包括: 溝道，由鄰近的相應(yīng)類型的摻雜區(qū)構(gòu)成，同時(shí)形成所需的勢壘高度，通過歐姆接觸形成二極管一端； 漂移區(qū)，由半導(dǎo)體材料構(gòu)成，與溝道相連，并通過歐姆接觸獲得二極管另一端。
2.如權(quán)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(dǎo)體材料，包括硅、碳化硅、氮化鎵、金剛石等等。
3.如權(quán)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(quán)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(dǎo)體溝道，可以為垂直型、橫向型、傾斜型結(jié)構(gòu)，其中的摻雜可以為一致性摻雜或非一致性摻雜。
5.如權(quán)利要求1所述的二極管器件，其特征在于:所述的半導(dǎo)體漂移區(qū)，可以包含或不包含表面RESURF結(jié)構(gòu)。
【文檔編號】H01L29/06GK103579363SQ201210259557
【公開日】2014年2月12日 申請日期:2012年7月24日 優(yōu)先權(quán)日:2012年7月24日
【發(fā)明者】王玨, 蔡超峰, 何敏 申請人:杭州恩能科技有限公司