B離子注入，注入劑量為I X 116Cm 2，然后進行Ge離子注入，注入劑量為I X 119Cm 2;
[0089]步驟15:使用氮氣，在800°C下退火I分鐘，完成陽極P+區(qū)3的制備；
[0090]步驟16:雙面蒸鋁形成陰極和陽極歐姆接觸，并作二氧化硅鈍化保護，最終形成功率二極管。
[0091]實施例2
[0092]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置的陰極N+區(qū)1、耐壓層2和陽極P+區(qū)3，陰極N +區(qū)I包括橫向設置的兩個N +區(qū)4，N +區(qū)4中間設置有N區(qū)5，陽極P+區(qū)3的摻雜劑為B離子和Ge離子，Ge離子的濃度為0.5 X 10 22cm 2?IXlO22Cm2, N+區(qū)4和N區(qū)5的摻雜劑為P離子，耐壓層2厚度為12um，寬度為9um，N+區(qū)4厚度為4um，寬度為3um，N區(qū)5厚度為lum，寬度為6um，陰極N+區(qū)I和陽極P +區(qū)3均采用歐姆接觸形成電極；
[0093]具體按照以下步驟實施，如圖2所示:
[0094]步驟1:制備襯底；
[0095]制備襯底使用沿〈111〉方向生長的硅單晶制作厚度為13.05um的襯底；
[0096]步驟2:在步驟I的襯底上生長一層二氧化硅，在二氧化硅上涂一層光刻膠構成掩蔽層；
[0097]步驟3:對步驟2的掩蔽層進行刻蝕，使襯底兩側需要注入P離子的N+區(qū)4裸露出來；
[0098]步驟4:對步驟3裸露出來的襯底進行P離子注入，注入劑量為1.2X 117Cm 2；
[0099]步驟5:刻蝕掩蔽層剩余的二氧化硅和光刻膠；
[0100]步驟6:使用氮氣，在1000°C下退火5分鐘；
[0101]步驟7:外延本征硅；
[0102]外延本征硅的具體方法為:在1200°C高溫下使用氫氣作為還原劑，外延時間為lOmin，形成厚度為Ium的本征娃區(qū)；
[0103]步驟8:在步驟7的本征娃表面生長一層厚度為3um 二氧化娃，在二氧化娃上涂一層光刻膠構成掩蔽層；
[0104]步驟9:對步驟8的掩蔽層進行刻蝕，使兩個N+區(qū)4之間需要注入P離子的N區(qū)5裸露出來；
[0105]步驟10:對步驟9裸露出來本征硅進行P離子注入，注入劑量為1.2X 113Cm 2;
[0106]步驟11:刻蝕掉掩蔽層剩余的二氧化硅和光刻膠；
[0107]步驟12:重復步驟2?5;
[0108]步驟13:使用氮氣，在1000?1200°C下退火50分鐘，完成N+區(qū)4和~區(qū)5的制備;
[0109]步驟14:沿徑向進行反轉，反轉之后首先進行B離子注入，注入劑量為I X 116Cm 2，然后進行Ge離子注入，注入劑量為0.5 X 119Cm 2；
[0110]步驟15:使用氮氣，在900°C下退火2分鐘，完成陽極P+區(qū)3的制備；
[0111]步驟16:雙面蒸鋁形成陰極和陽極歐姆接觸，并作二氧化硅鈍化保護，最終形成功率二極管。
[0112]實施例3
[0113]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置的陰極N+區(qū)1、耐壓層2和陽極P+區(qū)3，陰極N +區(qū)I包括橫向設置的兩個N +區(qū)4，N +區(qū)4中間設置有N區(qū)5，陽極P+區(qū)3的摻雜劑為B離子和Ge離子，Ge離子的濃度為0.5 X 10 22cm 2?IXlO22Cm2, 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和陽極P +區(qū)3均采用歐姆接觸形成電極；
[0114]具體按照以下步驟實施，如圖2所示:
[0115]步驟1:制備襯底；
[0116]制備襯底使用沿〈111〉方向生長的硅單晶制作厚度為13.1um的襯底；
[0117]步驟2:在步驟I的襯底上生長一層二氧化硅，在二氧化硅上涂一層光刻膠構成掩蔽層；
[0118]步驟3:對步驟2的掩蔽層進行刻蝕，使襯底兩側需要注入P離子的N+區(qū)4裸露出來；
[0119]步驟4:對步驟3裸露出來的襯底進行P離子注入，注入劑量為1.2X 117Cm 2；
[0120]步驟5:刻蝕掩蔽層剩余的二氧化硅和光刻膠；
[0121]步驟6:使用氮氣，在1100°C下退火6分鐘；
[0122]步驟7:外延本征硅；
[0123]外延本征硅的具體方法為:在1300°C高溫下使用氫氣作為還原劑，外延時間為llmin，形成厚度為1.1um的本征娃區(qū)；
[0124]步驟8:在步驟7的本征娃表面生長一層厚度為4um 二氧化娃，在二氧化娃上涂一層光刻膠構成掩蔽層；
[0125]步驟9:對步驟8的掩蔽層進行刻蝕，使兩個N+區(qū)4之間需要注入P離子的N區(qū)5裸露出來；
[0126]步驟10:對步驟9裸露出來本征硅進行P離子注入，注入劑量為1.2X 113Cm 2；
[0127]步驟11:刻蝕掉掩蔽層剩余的二氧化硅和光刻膠；
[0128]步驟12:重復步驟2?5;
[0129]步驟13:使用氮氣，在1200°C下退火55分鐘，完成N+區(qū)^PN區(qū)5的制備；
[0130]步驟14:沿徑向進行反轉，反轉之后首先進行B離子注入，注入劑量為I X 116Cm 2，然后進行Ge離子注入，注入劑量為0.8 X 119Cm 2；
[0131]步驟15:使用氮氣，在1000°C下退火3分鐘，完成陽極P+區(qū)3的制備；
[0132]步驟16:雙面蒸鋁形成陰極和陽極歐姆接觸，并作二氧化硅鈍化保護，最終形成功率二極管。
[0133]一種功率二極管，將P+區(qū)的Si材料用SiGe材料代替，且陰極設置為N+/N/N+結構，大大降低了反向恢復峰值電流，有效縮短了二極管的反向恢復時間，能夠同時獲得更低的通態(tài)壓降和更快的開關速度。且利用穿通設計減小漂移區(qū)厚度，不僅有利于降低通態(tài)壓降，而且有利于降低存儲電荷和由此引起的反向恢復功耗；該功率二極管的制備方法采用外延和多次離子注入相結合來保證形成較好的N+區(qū)和N區(qū)，極大的節(jié)約了能源并提升電能利用率。
[0134]圖3是不同二極管的反向恢復特性對比曲線，從圖中可以看出，具有SiGe材料的二極管和Si材料的二極管的反向恢復峰值電流都明顯比PiN二極管的小了很多，且反向恢復時間也有很大程度的縮減。再單獨對比SiGe材料的二極管和Si材料的二極管，可看出SiGe材料的二極管比Si 二極管的反向恢復時間縮短了三分之一以上，恢復特性也有很大的提尚。
[0135]圖4到圖6是功率二極管中Ge含量對二極管反向恢復特性、反向阻斷特性和正向導通特性的影響，從圖中可以看出，隨著Ge含量的增加，反向恢復時間明顯變短，30 % Ge含量的二極管比同結構的Si 二極管的反向恢復時間縮短了三分之一以上，Si 二極管不但反向恢復時間最長，軟恢復特性也最差。隨著Ge含量增加，不僅反向恢復時間變短，軟恢復特性也增加了很多，30% Ge含量的軟恢復因子是10%含量的1.67倍。但是，從材料生長角度考慮，由于Si和Ge的晶格失配率為4.17%，應變SiGe層的厚度存在一個臨界厚度。當SiGe薄膜的厚度超過臨界厚度時，應變被弛豫，產(chǎn)生失配位錯，從而破壞了材料和器件的物理性能。Ge含量的增加會導致臨界厚度的變小，因此Ge的含量不能一味增加，綜合考慮10% -20% Ge含量比較合理。
【主權項】
1.一種功率二極管，其特征在于，包括從下到上依次設置的陰極N+區(qū)(1)、耐壓層(2)和陽極P+區(qū)(3)，所述陰極N+區(qū)⑴包括橫向設置的兩個N+區(qū)(4)，所述N+區(qū)(4)中間設置有N區(qū)(5)。2.根據(jù)權利要求1所述的一種功率二極管，其特征在于，所述陽極P+區(qū)(3)的摻雜劑為B離子和Ge離子，所述Ge離子的濃度為0.5 X 122Cm 2?I X 10 22cm 2，所述N+區(qū)(4)和N區(qū)(5)的摻雜劑為P離子。3.根據(jù)權利要求1所述的一種功率二極管，其特征在于，所述陰極N+區(qū)(I)和陽極P+區(qū)(3)均采用歐姆接觸形成電極。4.根據(jù)權利要求1所述的一種功率二極管，其特征在于，所述耐壓層(2)厚度為1um ?13um，寬度為 6um ?12um。5.根據(jù)權利要求1所述的一種功率二極管，其特征在于，所述N+區(qū)⑷厚度為3um?5um，寬度為2um?4um，所述N區(qū)(5)厚度為0.8um?1.2um，寬度為5um?7um。6.功率二極管的制備方法，其特征在于，該功率二極管包括從下到上依次設置的陰極N+區(qū)(1)、耐壓層(2)和陽極P+區(qū)(3)，所述陰極N+區(qū)⑴包括橫向設置的兩個N+區(qū)(4)，所述N+區(qū)(4)中間設置有N區(qū)(5); 具體按照以下步驟實施: 步驟1:制備襯底； 步驟2:在步驟I的襯底上生長一層二氧化硅，在二氧化硅上涂一層光刻膠構成掩蔽層； 步驟3:對步驟2的掩蔽層進行刻蝕，使襯底兩側需要注入P離子的N+區(qū)(4)裸露出來； 步驟4:對步驟3裸露出來的襯底進行P離子注入，注入劑量為1.2X 117Cm 2; 步驟5:刻蝕掩蔽層剩余的二氧化硅和光刻膠； 步驟6:使用氮氣，在900?IlOOcC下退火4?6分鐘； 步驟7:外延本征娃； 步驟8:在步驟7的本征娃表面生長一層厚度為2?4um 二氧化娃，在二氧化娃上涂一層光刻膠構成掩蔽層； 步驟9:對步驟8的掩蔽層進行刻蝕，使兩個N+區(qū)(4)之間需要注入P離子的N區(qū)(5)裸露出來； 步驟10:對步驟9裸露出來本征硅進行P離子注入，注入劑量為1.2X 113Cm 2； 步驟11:刻蝕掉掩蔽層剩余的二氧化硅和光刻膠； 步驟12:重復步驟2?5 ; 步驟13:使用氮氣，在1000?1200°C下退火45?55分鐘，完成N+區(qū)⑷和N區(qū)(5)的制備； 步驟14:沿徑向進行反轉，反轉之后首先進行B離子注入，注入劑量為I X 116Cm 2，然后進行Ge離子注入，注入劑量為0.5 X 119Cm 2?I X 10 19cm 2; 步驟15:使用氮氣，在800?1000°C下退火I?3分鐘，完成陽極P+區(qū)(3)的制備； 步驟16:雙面蒸鋁形成陰極和陽極歐姆接觸，并作二氧化硅鈍化保護，最終形成功率二極管。7.根據(jù)權利要求6所述的功率二極管的制備方法，其特征在于，所述N+區(qū)(4)厚度為3um?5um，寬度為2um?4um，所述N區(qū)(5)厚度為0.8um?1.2um，寬度為5um?7um。8.根據(jù)權利要求6所述的功率二極管的制備方法，其特征在于，所述陽極P+區(qū)(3)的摻雜劑為B離子和Ge離子，所述Ge離子的濃度為0.5 X 122Cm 2?I X 10 22cm 2，所述N+區(qū)(4)和N區(qū)(5)的摻雜劑為P離子。9.根據(jù)權利要求6所述的功率二極管的制備方法，其特征在于，所述步驟I中制備襯底使用沿〈111〉方向生長的硅單晶制作厚度為13.0?13.1um的襯底。10.根據(jù)權利要求6所述的功率二極管的制備方法，其特征在于，所述步驟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，外延時間為9?llmin，形成厚度為0.9?1.1um的本征娃區(qū)。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種功率二極管，包括從下到上依次設置的陰極N+區(qū)、耐壓層和陽極P+區(qū)，陰極N+區(qū)包括橫向設置的兩個N+區(qū)，N+區(qū)中間設置有N區(qū)。還公開了該功率二極管的制備方法，將P+區(qū)的Si材料用SiGe材料代替，且陰極設置為N+/N/N+結構，大大降低了反向恢復峰值電流，有效縮短了二極管的反向恢復時間，能夠同時獲得更低的通態(tài)壓降和更快的開關速度。且利用穿通設計減小漂移區(qū)厚度，不僅有利于降低通態(tài)壓降，而且有利于降低存儲電荷和由此引起的反向恢復功耗；該功率二極管的制備方法采用外延和多次離子注入相結合來保證形成較好的N+區(qū)和N區(qū)，極大的節(jié)約了能源并提升電能利用率。
【IPC分類】H01L29/861, H01L21/266, H01L29/06, H01L21/329, H01L29/16, H01L21/265
【公開號】CN105140112
【申請?zhí)枴緾N201510353667
【發(fā)明人】馬麗, 陳琳楠, 謝加強, 李偉
【申請人】西安理工大學
【公開日】2015年12月9日
【申請日】2015年6月24日