一種具有浮島結(jié)構(gòu)的溝槽型二極管的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于功率半導(dǎo)體器件【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種具有浮島結(jié)構(gòu)的溝槽型二極管。本發(fā)明的溝槽型二極管，其特征在于，在溝槽中設(shè)置有第一N型半導(dǎo)體摻雜區(qū)、浮空P島和第二N型半導(dǎo)體摻雜區(qū)；所述第二N型半導(dǎo)體摻雜區(qū)位于溝槽的側(cè)壁與柵氧化層相連；所述浮空P島位于第二N型半導(dǎo)體摻雜區(qū)之間；所述第一N型半導(dǎo)體摻雜區(qū)位于第二N型半導(dǎo)體摻雜區(qū)和浮空P島的頂部，并與陽極相連。本發(fā)明的有益效果為，可在同樣的電流密度下實(shí)現(xiàn)更低的正向壓降，器件在高溫下的可靠性更好。本發(fā)明尤其適用于溝槽型二極管。
【專利說明】
一種具有浮島結(jié)構(gòu)的溝槽型二極管

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于功率半導(dǎo)體器件【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及到一種利用積累層與P浮島共同控制導(dǎo)電溝道的溝槽型二極管。

【背景技術(shù)】
[0002]功率整流器通常應(yīng)用于電力電子電路以控制電流方向，根據(jù)其導(dǎo)通特性及阻斷能力，往往采取相應(yīng)的器件來實(shí)現(xiàn)整流。用于高壓領(lǐng)域時(shí)，傳統(tǒng)PIN二極管的正向?qū)▔航狄话愀哂?.7V(通態(tài)電流密度為lOOA/cm2)，且開啟電壓較高，反向恢復(fù)時(shí)間較長(zhǎng)。在低壓領(lǐng)域，平面肖特基二極管在高溫下漏電較大，功耗較高，且擊穿電壓一般在200V以下。
[0003]TMBS整流器最初于1993年由B.J.Baliga首次提出，如圖1所示，該器件雖然有效改善了平面肖特基二極管的反向漏電和擊穿電壓兩方面的問題，但肖特基結(jié)的高溫可靠性不理想仍然是存在的一個(gè)問題，尤其在高溫工作期間。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的，就是為了獲得更低的導(dǎo)通壓降和更高的可靠性，提出一種利用積累層與浮空P島共同控制導(dǎo)電溝道的溝槽型二極管。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案:如圖2所示，一種具有浮島結(jié)構(gòu)的溝槽型二極管，包括N型半導(dǎo)體襯底7、位于N型半導(dǎo)體襯底7底部的陰極8、位于N型半導(dǎo)體襯底7上層的N型半導(dǎo)體漂移區(qū)6、位于N型半導(dǎo)體漂移區(qū)6上層的柵氧化層2和位于柵氧化層2上層的陽極I ;所述柵氧化層2為溝槽型結(jié)構(gòu)；其特征在于，在溝槽兩側(cè)的柵氧化層2之間設(shè)置有第一 N型半導(dǎo)體摻雜區(qū)3、浮空P島4和第二 N型半導(dǎo)體摻雜區(qū)5 ;所述第二 N型半導(dǎo)體摻雜區(qū)5位于溝槽的側(cè)壁與柵氧化層2相連；所述浮空P島4位于溝槽兩側(cè)的第二 N型半導(dǎo)體摻雜區(qū)5之間；所述第一 N型半導(dǎo)體摻雜區(qū)3位于第二 N型半導(dǎo)體摻雜區(qū)5和浮空P島4的頂部，并與陽極I相連。
[0006]具體的，所述第一 N型半導(dǎo)體摻雜區(qū)3為輕摻雜區(qū)域。
[0007]具體的，所述浮空P島4的深度比溝槽深度短。
[0008]具體的，所述第二 N型半導(dǎo)體摻雜區(qū)5和浮空P島4均為多個(gè)，在相鄰的兩個(gè)第二N型半導(dǎo)體摻雜區(qū)5之間設(shè)置有一個(gè)浮空P島4。本方案提出了多層浮島的結(jié)構(gòu)，N型半導(dǎo)體摻雜區(qū)5和浮空P島4從與柵氧化層2相連的一側(cè)的第二 N型半導(dǎo)體摻雜區(qū)5開始交替設(shè)置到另一側(cè)的N型半導(dǎo)體摻雜區(qū)5為止。
[0009]本發(fā)明的有益效果為:本發(fā)明提供的一種積累層與浮空P島共同控制的溝槽型二極管，利用MOS和PN結(jié)結(jié)構(gòu)，正向開啟時(shí)由電子積累層導(dǎo)電，可在同樣的電流密度下實(shí)現(xiàn)更低的正向壓降；通過PN結(jié)耐壓，器件在高溫下的可靠性更好。本發(fā)明屬于多數(shù)載流子器件，反向恢復(fù)時(shí)間短。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]圖1是傳統(tǒng)TMBS結(jié)構(gòu)示意圖及其沿肖特基接觸處的縱向電場(chǎng)分布示意圖；
[0011]圖2是實(shí)施例1的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0012]圖3是實(shí)施例1的結(jié)構(gòu)示意圖及其內(nèi)建電場(chǎng)示意圖；
[0013]圖4是實(shí)施例2的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0014]圖5是實(shí)施例3的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0015]圖6是實(shí)施例4的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0016]圖7是實(shí)施例1制造工藝中襯底結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017]圖8是實(shí)施例1制造工藝中外延N型漂移區(qū)外延后結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018]圖9是實(shí)施例1制造工藝中外延第二 N型半導(dǎo)體摻雜區(qū)后結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019]圖10是實(shí)施例1制造工藝中離子注入P浮島后結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020]圖11是實(shí)施例1制造工藝中離子注入第一 N型半導(dǎo)體摻雜區(qū)后結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021]圖12是實(shí)施例1制造工藝中場(chǎng)氧化、光刻溝槽窗口并刻蝕溝槽后結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖13是實(shí)施例1制造工藝中生長(zhǎng)柵氧化層后結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023]圖14是實(shí)施例1制造工藝中光刻并刻蝕覆蓋在第一 N型半導(dǎo)體摻雜區(qū)上表面的氧化層后結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024]圖15是實(shí)施例1制造工藝中淀積金屬及背面金屬化后示意圖；

【具體實(shí)施方式】
[0025]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)地描述。
[0026]本發(fā)明的二極管具有陰極和陽極兩個(gè)控制電極，沒有柵電極結(jié)構(gòu)。
[0027]實(shí)施例1
[0028]如圖2所示，本例包括N型半導(dǎo)體襯底7、位于N型半導(dǎo)體襯底7底部的陰極8、位于N型半導(dǎo)體襯底7上層的N型半導(dǎo)體漂移區(qū)6、位于N型半導(dǎo)體漂移區(qū)6上層的柵氧化層2和位于柵氧化層2上層的陽極I ;所述柵氧化層2為溝槽結(jié)構(gòu)；在溝槽中設(shè)置有第一 N型半導(dǎo)體摻雜區(qū)3、浮空P島4和第二 N型半導(dǎo)體摻雜區(qū)5 ;所述第二 N型半導(dǎo)體摻雜區(qū)5位于溝槽的側(cè)壁與柵氧化層2相連；所述浮空P島4位于第二 N型半導(dǎo)體摻雜區(qū)5之間；所述第一 N型半導(dǎo)體摻雜區(qū)3位于第二 N型半導(dǎo)體摻雜區(qū)5和浮空P島4的頂部，并與陽極I相連。
[0029]本例的工作原理為:
[0030]本例提供的一種積累層與浮空P島共同控制的溝槽型二極管，利用積累層大幅降低導(dǎo)通電阻，降低了同等電流密度下的正向壓降。這里以一種積累層與浮空P島共同控制的溝槽型二極管為例(內(nèi)建電場(chǎng)如圖3所示)。
[0031]當(dāng)陽極I加正電壓時(shí)，在柵氧化層2與第二 N型半導(dǎo)體摻雜區(qū)5之間形成一層較薄的積累層，電子通過該導(dǎo)電溝道由N型半導(dǎo)體漂移區(qū)6到達(dá)第一 N型半導(dǎo)體摻雜區(qū)3，由于積累層的電子濃度更高，遷移率更大，因而相比傳統(tǒng)TMBS 二極管可以實(shí)現(xiàn)更低的正向?qū)▔航?。?dāng)陽極I接地，陰極8加正壓時(shí)，第二 N型半導(dǎo)體摻雜區(qū)5與浮空P島4形成了空間電荷區(qū)，構(gòu)成了一個(gè)電子的勢(shì)壘，電場(chǎng)方向?yàn)閺牡诙﨨型半導(dǎo)體摻雜區(qū)5到浮空P島4，因而阻擋了電子從第一 N型半導(dǎo)體摻雜區(qū)3到達(dá)N型半導(dǎo)體漂移區(qū)6，隨著陰極8電壓不斷升高，耗盡區(qū)不斷向輕摻雜的第二 N型半導(dǎo)體摻雜區(qū)5—側(cè)擴(kuò)展，從而使器件能承受較高的耐壓。
[0032]實(shí)施例2
[0033]如圖4所示，本例的結(jié)構(gòu)為在實(shí)施例1的基礎(chǔ)上，將浮空P島4與第二 N型半導(dǎo)體摻雜區(qū)5同時(shí)縮短至溝槽以上的區(qū)域，本例的工作原理與實(shí)施例1相同。
[0034]實(shí)施例3
[0035]如圖5所示，本例的結(jié)構(gòu)為在實(shí)施例1的基礎(chǔ)上，將浮空P島4與第二 N型半導(dǎo)體摻雜區(qū)5同時(shí)延伸至溝槽以下的區(qū)域，本例的工作原理與實(shí)施例1相同。
[0036]實(shí)施例4
[0037]如圖6所示，本例的結(jié)構(gòu)為在實(shí)施例1的基礎(chǔ)上，將浮空P島4與第二 N型半導(dǎo)體摻雜區(qū)5間隔交錯(cuò)排列，本例的工作原理與實(shí)施例1相同。
[0038]以實(shí)施例1為例，本發(fā)明的溝槽二極管制造工藝流程為:
[0039]首先進(jìn)行N+襯底制備，如圖7 ;然后進(jìn)行一次N—外延形成漂移區(qū)，如圖8 ;再次進(jìn)行N—外延形成第二 N型半導(dǎo)體摻雜區(qū)，如圖9 ;然后進(jìn)行P浮島光刻及離子注入，如圖10 ;接下來進(jìn)行N—外延得到第一 N型半導(dǎo)體摻雜區(qū)，如圖11 ;在場(chǎng)氧化后光刻溝槽窗口并刻蝕溝槽，如圖12 ;生長(zhǎng)柵氧化層，如圖13 ;接著進(jìn)行光刻并去掉覆蓋在第一 N型半導(dǎo)體摻雜區(qū)上表面的氧化層，如圖14 ;最后淀積金屬及背面金屬化,如圖15。
[0040]在實(shí)施過程中，可以根據(jù)實(shí)際具體情況，在基本結(jié)構(gòu)不變的情況下，對(duì)工藝步驟進(jìn)行一定的變通設(shè)計(jì)。例如可以在外延K漂移區(qū)之后再外延一層P區(qū)或者離子注入形成P區(qū)，然后在此P區(qū)上層分別注入形成第一 N型半導(dǎo)體摻雜區(qū)、第二 N型半導(dǎo)體摻雜區(qū)和P浮島；也可以在【漂移區(qū)外延完成之后刻蝕形成溝槽，然后通過離子注入和外延得到最終器件結(jié)構(gòu)。
【權(quán)利要求】
1.一種具有浮島結(jié)構(gòu)的溝槽型二極管，包括N型半導(dǎo)體襯底(7)、位于N型半導(dǎo)體襯底(7)底部的陰極(8)、位于N型半導(dǎo)體襯底(7)上層的N型半導(dǎo)體漂移區(qū)￠)、位于N型半導(dǎo)體漂移區(qū)(6)上層的柵氧化層(2)和位于柵氧化層(2)上層的陽極(I);所述柵氧化層(2)為溝槽型結(jié)構(gòu)；其特征在于，在溝槽兩側(cè)的柵氧化層(2)之間設(shè)置有第一 N型半導(dǎo)體摻雜區(qū)(3)、浮空P島(4)和第二 N型半導(dǎo)體摻雜區(qū)(5);所述第二 N型半導(dǎo)體摻雜區(qū)(5)位于溝槽的側(cè)壁與柵氧化層(2)相連；所述浮空P島(4)位于溝槽兩側(cè)的第二 N型半導(dǎo)體摻雜區(qū)(5)之間；所述第一 N型半導(dǎo)體摻雜區(qū)(3)位于第二 N型半導(dǎo)體摻雜區(qū)(5)和浮空P島⑷的頂部，并與陽極⑴相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有浮島結(jié)構(gòu)的溝槽型二極管，其特征在于，所述第一N型半導(dǎo)體摻雜區(qū)(3)為輕摻雜區(qū)域。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種具有浮島結(jié)構(gòu)的溝槽型二極管，其特征在于，所述浮空P島(4)的深度比溝槽深度短。
4.根據(jù)權(quán)利要求1?3任意一項(xiàng)所述的一種具有浮島結(jié)構(gòu)的溝槽型二極管，其特征在于，所述第二 N型半導(dǎo)體摻雜區(qū)(5)和浮空P島(4)均為多個(gè)，在相鄰的第二 N型半導(dǎo)體摻雜區(qū)(5)之間設(shè)置有一個(gè)浮空P島(4)。
【文檔編號(hào)】H01L29/06GK104393055SQ201410629077
【公開日】2015年3月4日 申請(qǐng)日期:2014年11月10日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月10日
【發(fā)明者】李澤宏, 伍濟(jì), 劉永, 陳錢, 郭緒陽 申請(qǐng)人:電子科技大學(xué)