一種新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)，溝道兩邊的摻雜區(qū)形成的夾斷勢(shì)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(shì)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(duì)低的開啟電壓；本發(fā)明適用于所有半導(dǎo)體材料的垂直結(jié)構(gòu)二極管器件。
【專利說明】一種新型二極管器件
【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(chǎng)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(shì)壘和肖特基勢(shì)壘 兩種。PN結(jié)勢(shì)壘具有相對(duì)較高的勢(shì)壘高度，反向泄漏電流低，但正向?qū)▔航灯?，同時(shí)存 在反向恢復(fù)電流的問題；而肖特基勢(shì)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(chǎng)時(shí)，會(huì)受到勢(shì)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(duì)器件長(zhǎng)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(duì)于目 前基于肖特基勢(shì)壘或者直接PN結(jié)勢(shì)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(jiǎn)單結(jié)構(gòu)有利于器件在長(zhǎng)期工作下的可靠性。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0008]圖1是發(fā)明基于摻雜直接注入的結(jié)構(gòu)截面圖；
[0009]圖2是發(fā)明基于溝槽型P摻雜的結(jié)構(gòu)截面圖；
[0010]圖3是發(fā)明基于僅垂直摻雜的溝槽結(jié)構(gòu)截面圖；
[0011]圖4是發(fā)明基于傾斜型溝道的結(jié)構(gòu)截面圖；
[0012]圖5是發(fā)明基于水平溝道的結(jié)構(gòu)截面圖；
[0013]圖6是包含絕緣結(jié)構(gòu)的水平溝道結(jié)構(gòu)截面圖；
[0014]圖7是N+/P+摻雜區(qū)域毗連的水平溝道截面圖；
[0015]圖8是包含絕緣結(jié)構(gòu)的N+/P+摻雜毗連的水平溝道截面圖；
[0016]圖9是與圖1結(jié)構(gòu)相對(duì)應(yīng)的P型二極管例子的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017]其中，
[0018]1、溝道，第一半導(dǎo)體類型；
[0019]2、重?fù)诫s區(qū)，第二半導(dǎo)體類型；[0020]3、漂移區(qū)，第一半導(dǎo)體類型；
[0021]4、電場(chǎng)截止層，第一半導(dǎo)體類型；
[0022]5、襯底，第一半導(dǎo)體類型；
[0023]6、歐姆接觸層，第一半導(dǎo)體類型；
[0024]7、陽(yáng)極金屬；
[0025]8、陰極金屬；
[0026]9、橫向溝道表明摻雜區(qū)，第二半導(dǎo)體類型；
[0027]10、氧化物。
具體實(shí)施方案
[0028]實(shí)施例1
[0029]圖1為本發(fā)明的一種新型二極管器件的結(jié)構(gòu)截面圖，結(jié)合圖1予以詳細(xì)說明。
[0030]如圖1所示，一種新型結(jié)構(gòu)的二極管器件，包括:襯底5，其上方為漂移區(qū)3 ;可以 選擇是否在襯底層上方增加電場(chǎng)截止層4 ;導(dǎo)電溝道I位于漂移區(qū)3的上方，并處在兩塊相 鄰的重?fù)诫s區(qū)2之間；陽(yáng)極金屬7位于器件最上方表面，為器件引出電極；在溝道I和陽(yáng)極 金屬7之間為重?fù)诫s的歐姆接觸層6 ;陰極金屬8位于器件結(jié)構(gòu)的最下方，與襯底5相連， 引出電極。
[0031 ] 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:
[0032]第一步，根據(jù)是否需要電場(chǎng)截止層4，決定在N型襯底5上方是否先生長(zhǎng)產(chǎn)生形成 截止層4 ;(可選)
[0033]第二步，繼續(xù)向上外延生長(zhǎng)分別獲得漂移區(qū)3，和對(duì)應(yīng)對(duì)于溝道濃度和長(zhǎng)度的N型 外延；
[0034]第三步，直接在器件上表面利用離子注入或擴(kuò)散方式在指定位置摻入P型摻雜形 成P型重?fù)诫s區(qū)2，同時(shí)獲得夾在P型摻雜區(qū)之間的溝道I ;
[0035]第四步，在溝道I表面采用離子注入或擴(kuò)散方式或外延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 ；
[0036]第五步，分別在器件上下表面淀積金屬，形成歐姆接觸，得到陽(yáng)極金屬7和陰極金 屬8，并引出電極，如圖1所示。
[0037]實(shí)施例2
[0038]圖2為本發(fā)明的一種新型二極管器件的結(jié)構(gòu)截面圖，結(jié)合圖2予以詳細(xì)說明。
[0039]如圖2所示，一種新型結(jié)構(gòu)的二極管器件，包括:襯底5，其上方為漂移區(qū)3 ;可以 選擇是否在襯底層上方增加電場(chǎng)截止層4 ;導(dǎo)電溝道I位于漂移區(qū)3的上方，并處在兩塊相 鄰的重?fù)诫s區(qū)2之間；陽(yáng)極金屬7位于器件最上方表面和重?fù)诫s區(qū)2上方的溝槽內(nèi)，為器件 引出電極；在溝道I和陽(yáng)極金屬7之間為重?fù)诫s的歐姆接觸層6 ;陰極金屬8位于器件結(jié)構(gòu) 的最下方，與襯底5相連,引出電極。
[0040]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:
[0041]第一步，根據(jù)是否需要電場(chǎng)截止層4，決定在N型襯底5上方是否先生長(zhǎng)產(chǎn)生形成截止層4 ;(可選)
[0042]第二步，繼續(xù)向上外延生長(zhǎng)分別獲得漂移區(qū)3，和對(duì)應(yīng)對(duì)于溝道濃度和長(zhǎng)度的N型 外延；
[0043]第三步，在指定位置進(jìn)行刻蝕，獲得用于摻雜注入的溝槽；
[0044]第四步，在獲得的溝槽內(nèi)進(jìn)行側(cè)向和垂直的P型摻雜注入，形成P型重?fù)诫s區(qū)2，同 時(shí)獲得夾在P型摻雜區(qū)之間的溝道I ;
[0045]第五步，在溝道I表面采用離子注入或擴(kuò)散方式或外延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 ；
[0046]第六步，在器件上表面和溝槽內(nèi)淀積金屬，形成歐姆接觸，得到陽(yáng)極金屬7 ;在器 件下表面做歐姆接觸產(chǎn)生陰極金屬8，并引出電極，如圖2所示。
[0047]圖3是本發(fā)明的一種新型二極管器件的結(jié)構(gòu)截面圖，其結(jié)構(gòu)在圖2的基礎(chǔ)上，在溝 槽中不進(jìn)行側(cè)向注入，僅進(jìn)行垂直注入來形成P摻雜區(qū)2和溝道I。
[0048]圖4是本發(fā)明的一種新型二極管器件的結(jié)構(gòu)截面圖，其結(jié)構(gòu)在圖2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。
[0049]實(shí)施例3
[0050]圖5為本發(fā)明的一種新型二極管器件的結(jié)構(gòu)截面圖，結(jié)合圖5予以詳細(xì)說明。
[0051]如圖5所示，一種新型結(jié)構(gòu)的二極管器件，包括:襯底5，其上方為漂移區(qū)3 ;可以 選擇是否在襯底層上方增加電場(chǎng)截止層4 ;導(dǎo)電溝道I與漂移區(qū)3相連，并處在上下相鄰的 重?fù)诫s區(qū)2和表面重?fù)诫s區(qū)9之間；陽(yáng)極金屬7位于器件最上方表面，分別與表面摻雜區(qū)9、 溝道1、重?fù)诫s區(qū)2連接，并為器件引出電極；在溝道I終端和陽(yáng)極金屬7之間為重?fù)诫s的 歐姆接觸層6 ;陰極金屬8位于器件結(jié)構(gòu)的最下方，與襯底5相連，引出電極。
[0052]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:
[0053]第一步，根據(jù)是否需要電場(chǎng)截止層4，決定在N型襯底5上方是否先生長(zhǎng)產(chǎn)生形成 截止層4 ;(可選)
[0054]第二步，繼續(xù)向上外延生長(zhǎng)分別獲得漂移區(qū)3，在其表面做P型摻雜，得到重?fù)诫s 區(qū)2 ；
[0055]第三步，按照溝道的濃度和寬度設(shè)計(jì)，繼續(xù)向上生長(zhǎng)得到N型外延；
[0056]第四步，在器件上表面利用離子注入或擴(kuò)散方式或外延方式或其他方式在指定位 置摻入P型摻雜形成表面重?fù)诫s區(qū)9，從而獲得夾在摻雜區(qū)2和摻雜區(qū)9之間的溝道I ;
[0057]第五步，在溝道I終端對(duì)應(yīng)的器件表面采用離子注入或擴(kuò)散方式摻入高濃度的N 型摻雜，得到歐姆接觸層6，并在其中間先下刻蝕，露出重?fù)诫s區(qū)2 ；
[0058]第六步，分別在器件上下表面淀積金屬，形成歐姆接觸，得到陽(yáng)極金屬7和陰極金 屬8，并引出電極，如圖5所示。
[0059]圖6是本發(fā)明的一種新型二極管器件的結(jié)構(gòu)截面圖，其結(jié)構(gòu)在圖5的基礎(chǔ)上，在器 件表面的表面重?fù)诫s區(qū)9和歐姆接觸層6之間額外增加氧化物10作為隔離。
[0060]圖7是本發(fā)明的一種新型二極管器件的結(jié)構(gòu)截面圖，其結(jié)構(gòu)在圖5的基礎(chǔ)上，在形 成歐姆接觸層6時(shí)令其與重?fù)诫s區(qū)2相連。
[0061]圖8是本發(fā)明的一種新型二極管器件的結(jié)構(gòu)截面圖，其結(jié)構(gòu)在圖5的基礎(chǔ)上，增加氧化物10隔離，并同時(shí)令歐姆接觸層6與重?fù)诫s區(qū)2相連。
[0062]實(shí)施例4
[0063]上述圖1至圖8所展示的為若干種N型二極管的結(jié)構(gòu)截面圖，其中每一種都可以 分別對(duì)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(yáng)極金屬和陰極金屬的位置調(diào)換，即可獲得對(duì) 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。
[0064]圖9為本發(fā)明的一種新型二極管器件的結(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(duì)應(yīng)，結(jié)合圖9予以詳細(xì)說明。
[0065]如圖9所示，一種新型結(jié)構(gòu)的二極管器件，包括:襯底5，其上方為漂移區(qū)3 ;可以 選擇是否在襯底層上方增加電場(chǎng)截止層4 ;導(dǎo)電溝道I位于漂移區(qū)3的上方，并處在兩塊相 鄰的重?fù)诫s區(qū)2之間；陰極金屬8位于器件最上方表面，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6 ;陽(yáng)極金屬7位于器件結(jié)構(gòu)的最下方，與襯底5相連， 引出電極。
[0066]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:
[0067]第一步，根據(jù)是否需要電場(chǎng)截止層4，決定在P型襯底5上方是否先生長(zhǎng)形成截止 層4 ;(可選)
[0068]第二步，繼續(xù)向上外延生長(zhǎng)分別獲得漂移區(qū)3，和對(duì)應(yīng)對(duì)于溝道濃度和長(zhǎng)度的P型 外延；
[0069]第三步，直接在器件上表面利用離子注入或擴(kuò)散方式在指定位置摻入N型摻雜形 成N型重?fù)诫s區(qū)2，同時(shí)獲得夾在N型摻雜區(qū)2之間的溝道I ;
[0070]第四步，在溝道I表面采用離子注入或擴(kuò)散方式摻入高濃度的P型摻雜，得到歐姆 接觸層6 ；
[0071]第五步，分別在器件上下表面淀積金屬，形成歐姆接觸，得到陰極金屬8和陽(yáng)極金 屬7，并引出電極，如圖9所示。
[0072]圖2至圖8同理對(duì)應(yīng)各自的P型二極管結(jié)構(gòu)，不做贅述。
[0073]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(shì)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，并通過襯底和歐姆接觸獲得二極管另一端。
2.如權(quán)利要求1所述的二極管器件，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 包含電場(chǎng)截止層。
【文檔編號(hào)】H01L29/45GK103579307SQ201210259585
【公開日】2014年2月12日 申請(qǐng)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(qǐng)人:杭州恩能科技有限公司