一種功率二極管及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于半導(dǎo)體器件技術(shù)領(lǐng)域,涉及一種功率二極管,本發(fā)明還涉及該功率二極管的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]電力電子器件是一種能夠?qū)崿F(xiàn)電能高效率應(yīng)用和精確控制的電力半導(dǎo)體器件,是電力電子技術(shù)的基礎(chǔ)。日益嚴(yán)重的能源和環(huán)境問(wèn)題使得人們對(duì)電能的變換效率、品質(zhì)愈來(lái)愈關(guān)注,也引導(dǎo)了功率器件沿著高效率、高頻率、高耐壓、高功率、集成化、智能化等方向迅速發(fā)展。在許多工作條件下,這些器件需要一個(gè)與之反并聯(lián)的二極管以提供續(xù)流通道,減少電容的充放電時(shí)間,同時(shí)抑制因負(fù)載電流瞬時(shí)反向而感應(yīng)的高電壓。其中續(xù)流二極管的反向特性對(duì)施加于有源元件的尖峰電壓及電路的效率產(chǎn)生很大影響,要求具有良好的快速和軟恢復(fù)特性。
[0003]二極管和一般開(kāi)關(guān)的不同在于,“開(kāi)”與“關(guān)”由所加電壓的極性決定。傳統(tǒng)的功率二極管雖然具有較低的正向壓降、較好的阻斷能力、造價(jià)低廉、制作簡(jiǎn)單,然而它的反向恢復(fù)性能較差。為減少開(kāi)態(tài)時(shí)的貯存電荷量獲得較快的開(kāi)關(guān)速度,常利用金和鉑的擴(kuò)散以及通過(guò)高能電子輻照等引入復(fù)合中心的方法減少少子壽命,這樣又會(huì)造成二極管的硬恢復(fù)特性差及漏電流較大,同時(shí)也不易于集成。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004]本發(fā)明的目的是提供一種功率二極管,解決了現(xiàn)有二極管存在的反向恢復(fù)性能差的問(wèn)題。
[0005]本發(fā)明的另一目的是提供上述功率二極管的制備方法。
[0006]本發(fā)明所采用的第一種技術(shù)方案是:一種功率二極管,包括從下到上依次設(shè)置的陰極N+區(qū)、耐壓層和陽(yáng)極P+區(qū),陰極N+區(qū)包括橫向設(shè)置的兩個(gè)N+區(qū),N+區(qū)中間設(shè)置有N區(qū)。
[0007]本發(fā)明第一種技術(shù)方案的特點(diǎn)還在于:
[0008]陽(yáng)極P+區(qū)的摻雜劑為B離子和Ge離子,Ge離子的濃度為0.5 X 10 22cm 2?
I X 122Cm 2,N+區(qū)和N區(qū)的摻雜劑為P離子。
[0009]陰極N+區(qū)和陽(yáng)極P +區(qū)均采用歐姆接觸形成電極。
[0010]耐壓層厚度為1um?13um,寬度為6um?12um。
[0011]N+區(qū)厚度為3um?5um,寬度為2um?4um。
[0012]N區(qū)厚度為0.8um?1.2um,寬度為5um?7um。
[0013]本發(fā)明所采用的第二種技術(shù)方案是:功率二極管的制備方法,該功率二極管包括從下到上依次設(shè)置的陰極N+區(qū)、耐壓層和陽(yáng)極P +區(qū),陰極N +區(qū)包括橫向設(shè)置的兩個(gè)N +區(qū),N+區(qū)中間設(shè)置有N區(qū);
[0014]陽(yáng)極P+區(qū)的摻雜劑為B離子和Ge離子,Ge離子的濃度為0.5 X 10 22cm 2?IXlO22Cm2;
[0015]N+區(qū)和N區(qū)的摻雜劑為P離子;
[0016]陰極N+區(qū)和陽(yáng)極P+區(qū)均采用歐姆接觸形成電極;
[0017]耐壓層厚度為1um?13um,寬度為6um?12um ;
[0018]N+區(qū)厚度為3um?5um,寬度為2um?4um ;
[0019]N區(qū)厚度為0.8um?1.2um,寬度為5um?7um ;
[0020]具體按照以下步驟實(shí)施:
[0021]步驟1:制備襯底;
[0022]步驟2:在步驟I的襯底上生長(zhǎng)一層二氧化硅,在二氧化硅上涂一層光刻膠構(gòu)成掩蔽層;
[0023]步驟3:對(duì)步驟2的掩蔽層進(jìn)行刻蝕,使襯底兩側(cè)需要注入P離子的N+區(qū)裸露出來(lái);
[0024]步驟4:對(duì)步驟3裸露出來(lái)的襯底進(jìn)行P離子注入,注入劑量為1.2X 117Cm 2;
[0025]步驟5:刻蝕掩蔽層剩余的二氧化硅和光刻膠;
[0026]步驟6:使用氮?dú)?,?00?IlOOcC下退火4?6分鐘;
[0027]步驟7:外延本征硅;
[0028]步驟8:在步驟7的本征娃表面生長(zhǎng)一層厚度為2?4um 二氧化娃,在二氧化娃上涂一層光刻膠構(gòu)成掩蔽層;
[0029]步驟9:對(duì)步驟8的掩蔽層進(jìn)行刻蝕,使兩個(gè)N+區(qū)之間需要注入P離子的N區(qū)裸露出來(lái);
[0030]步驟10:對(duì)步驟9裸露出來(lái)本征硅進(jìn)行P離子注入,注入劑量為1.2X 113Cm 2;
[0031]步驟11:刻蝕掉掩蔽層剩余的二氧化硅和光刻膠;
[0032]步驟12:重復(fù)步驟2?5 ;
[0033]步驟13:使用氮?dú)猓?000?1200°C下退火45?55分鐘,完成N+區(qū)和N區(qū)的制備;
[0034]步驟14:沿徑向進(jìn)行反轉(zhuǎn),反轉(zhuǎn)之后首先進(jìn)行B離子注入,注入劑量為I X 116Cm 2,然后進(jìn)行Ge離子注入,注入劑量為0.5 X 119Cm 2?I X 10 19cm 2;
[0035]步驟15:使用氮?dú)?,?00?1000°C下退火I?3分鐘,完成陽(yáng)極P+區(qū)的制備;
[0036]步驟16:雙面蒸鋁形成陰極和陽(yáng)極歐姆接觸,并作二氧化硅鈍化保護(hù),最終形成功率二極管。
[0037]本發(fā)明第二種技術(shù)方案的特點(diǎn)還在于:
[0038]步驟I中制備襯底使用沿〈111〉方向生長(zhǎng)的硅單晶制作厚度為13.0?13.1的襯底。
[0039]步驟7中外延本征娃的具體方法為:在1100?1300°C高溫下使用氫氣作為還原劑,夕卜延時(shí)間為9?llmin,形成厚度為0.9?1.1um的本征娃區(qū)。
[0040]本發(fā)明的有益效果是:一種功率二極管,將P+區(qū)的Si材料用SiGe材料代替,且陰極設(shè)置為N+/N/N+結(jié)構(gòu),大大降低了反向恢復(fù)峰值電流,有效縮短了二極管的反向恢復(fù)時(shí)間,能夠同時(shí)獲得更低的通態(tài)壓降和更快的開(kāi)關(guān)速度。且利用穿通設(shè)計(jì)減小漂移區(qū)厚度,不僅有利于降低通態(tài)壓降,而且有利于降低存儲(chǔ)電荷和由此引起的反向恢復(fù)功耗;該功率二極管的制備方法采用外延和多次離子注入相結(jié)合來(lái)保證形成較好的N+區(qū)和N區(qū),極大的節(jié)約了能源并提升電能利用率。
【附圖說(shuō)明】
[0041]圖1是本發(fā)明一種功率二極管的結(jié)構(gòu)示意圖;
[0042]圖2是本發(fā)明制備功率二極管的流程圖;
[0043]圖3是不同二極管的反向恢復(fù)特性對(duì)比曲線;
[0044]圖4是本發(fā)明一種功率二極管中Ge含量對(duì)二極管反向恢復(fù)特性的影響;
[0045]圖5是本發(fā)明一種功率二極管中Ge含量對(duì)二極管反向阻斷特性的影響;
[0046]圖6是本發(fā)明一種功率二極管中Ge含量對(duì)二極管正向?qū)ㄌ匦缘挠绊憽?br>[0047]圖中,1.陰極N+區(qū),2.耐壓層,3.陽(yáng)極P+區(qū),4.N+區(qū),5.N區(qū)。
【具體實(shí)施方式】
[0048]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
[0049]本發(fā)明一種功率二極管的結(jié)構(gòu)如圖1所示,包括從下到上依次設(shè)置的陰極N+區(qū)1、耐壓層2和陽(yáng)極P+區(qū)3,陰極N +區(qū)I包括橫向設(shè)置的兩個(gè)N +區(qū)4,N +區(qū)4中間設(shè)置有N區(qū)5,陽(yáng)極P+區(qū)3的摻雜劑為B離子和Ge離子,Ge離子的濃度為0.5X 10 22cm 2?I X 10 22cm 2,N+區(qū)4和N區(qū)5的摻雜劑為P離子,耐壓層2厚度為1um?13um,寬度為6um?12um,N+區(qū)4厚度為3um?5um,寬度為2um?4um,N區(qū)5厚度為0.8um?1.2um,寬度為5um?7um,陰極N+區(qū)I和陽(yáng)極P +區(qū)3均采用歐姆接觸形成電極。
[0050]功率二極管的制備方法,包括從下到上依次設(shè)置的陰極N+區(qū)1、耐壓層2和陽(yáng)極P+區(qū)3,陰極N +區(qū)I包括橫向設(shè)置的兩個(gè)N +區(qū)4,N +區(qū)4中間設(shè)置有N區(qū)5,陽(yáng)極P +區(qū)3的摻雜劑為B離子和Ge離子,Ge離子的含量為10%?20%,N+區(qū)4和N區(qū)5的摻雜劑為P離子,耐壓層2厚度為1um?13um,寬度為6um?12um,N+區(qū)4厚度為3um?5um,寬度為2um?4um,N區(qū)5厚度為0.8um?1.2um,寬度為5um?7um,陰極N+區(qū)I和陽(yáng)極P +區(qū)3均采用歐姆接觸形成電極;
[0051]具體按照以下步驟實(shí)施,如圖2所示:
[0052]步驟1:制備襯底;
[0053]制備襯底使用沿〈111〉方向生長(zhǎng)的硅單晶制作厚度為13.0?13.1um的襯底;
[0054]步驟2:在步驟I的襯底上生長(zhǎng)一層二氧化硅,在二氧化硅上涂一層光刻膠構(gòu)成掩蔽層;
[0055]步驟3:對(duì)步驟2的掩蔽層進(jìn)行刻蝕,使襯底兩側(cè)需要注入P離子的N+區(qū)4裸露出來(lái);
[0056]步驟4:對(duì)步驟3裸露出來(lái)的襯底進(jìn)行P離子注入,注入劑量為1.2X 117Cm 2;
[0057]步驟5:刻蝕掩蔽層剩余的二氧化硅和光刻膠;
[0058]步驟6:使用氮?dú)猓?00?IlOOcC下退火4?6分鐘;
[0059]步驟7:外延本征硅;
[0060]外延本征硅的具體方法為:在1100?1300°C高溫下使用氫氣作為還原劑,外延時(shí)間為9?llmin,形成厚度為0.9?1.1um的本征娃區(qū);
[0061]步驟8:在步驟7的本征娃表面生長(zhǎng)一層厚度為2?4um 二氧化娃,在二氧化娃上涂一層光刻膠構(gòu)成掩蔽層;
[0062]步驟9:對(duì)步驟8的掩蔽層進(jìn)行刻蝕,使兩個(gè)N+區(qū)4之間需要注入P離子的N區(qū)5裸露出來(lái);
[0063]步驟10:對(duì)步驟9裸露出來(lái)本征硅進(jìn)行P離子注入,注入劑量為1.2X 113Cm 2;
[0064]步驟11:刻蝕掉掩蔽層剩余的二氧化硅和光刻膠;
[0065]步驟12:重復(fù)步驟2?5 ;
[0066]步驟13:使用氮?dú)?,?000?1200°C下退火45?55分鐘,完成N+區(qū)4和N區(qū)5的制備;
[0067]步驟14:沿徑向進(jìn)行反轉(zhuǎn),反轉(zhuǎn)之后首先進(jìn)行B離子注入,注入劑量為I X 116Cm 2,然后進(jìn)行Ge離子注入,注入劑量為0.5 X 119Cm 2?I X 10 19cm 2;
[0068]步驟15:使用氮?dú)猓?00?1000°C下退火I?3分鐘,完成陽(yáng)極P+區(qū)3的制備;
[0069]步驟16:雙面蒸鋁形成陰極和陽(yáng)極歐姆接觸,并作二氧化硅鈍化保護(hù),最終形成功率二極管。
[0070]實(shí)施例1
[0071]功率二極管的制備方法,該功率二極管包括從下到上依次設(shè)置的陰極N+區(qū)1、耐壓層2和陽(yáng)極P+區(qū)3,陰極N +區(qū)I包括橫向設(shè)置的兩個(gè)N +區(qū)4,N +區(qū)4中間設(shè)置有N區(qū)5,陽(yáng)極P+區(qū)3的摻雜劑為B離子和Ge離子,Ge離子的含量為10%?20%,N +區(qū)4和N區(qū)5的摻雜劑為P離子,耐壓層2厚度為10um,寬度為6um,N+區(qū)4厚度為3um,寬度為2um,N區(qū)5厚度為0.Sum,寬度為5um,陰極N+區(qū)I和陽(yáng)極P +區(qū)3均采用歐姆接觸形成電極;
[0072]具體按照以下步驟實(shí)施,如圖2所示:
[0073]步驟1:制備襯底;
[0074]制備襯底使用沿〈111〉方向生長(zhǎng)的硅單晶制作厚度為13.0um的襯底;
[0075]步驟2:在步驟I的襯底上生長(zhǎng)一層二氧化硅,在二氧化硅上涂一層光刻膠構(gòu)成掩蔽層;
[0076]步驟3:對(duì)步驟2的掩蔽層進(jìn)行刻蝕,使襯底兩側(cè)需要注入P離子的N+區(qū)4裸露出來(lái);
[0077]步驟4:對(duì)步驟3裸露出來(lái)的襯底進(jìn)行P離子注入,注入劑量為1.2X 117Cm 2;
[0078]步驟5:刻蝕掩蔽層剩余的二氧化硅和光刻膠;
[0079]步驟6:使用氮?dú)猓?00°C下退火4分鐘;
[0080]步驟7:外延本征娃;
[0081]外延本征硅的具體方法為:在IlOOcC高溫下使用氫氣作為還原劑,外延時(shí)間為9min,形成厚度為0.9um的本征娃區(qū);
[0082]步驟8:在步驟7的本征娃表面生長(zhǎng)一層厚度為2um 二氧化娃,在二氧化娃上涂一層光刻膠構(gòu)成掩蔽層;
[0083]步驟9:對(duì)步驟8的掩蔽層進(jìn)行刻蝕,使兩個(gè)N+區(qū)4之間需要注入P離子的N區(qū)5裸露出來(lái);
[0084]步驟10:對(duì)步驟9裸露出來(lái)本征硅進(jìn)行P離子注入,注入劑量為1.2X 113Cm 2;
[0085]步驟11:刻蝕掉掩蔽層剩余的二氧化硅和光刻膠;
[0086]步驟12:重復(fù)步驟2?5 ;
[0087]步驟13:使用氮?dú)?,?000°C下退火45分鐘,完成N+區(qū)4和N區(qū)5的制備;
[0088]步驟14:沿徑向進(jìn)行反轉(zhuǎn),反轉(zhuǎn)之后首先進(jìn)行