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；當二極管器件接反向偏壓時，溝道兩邊的摻雜區(qū)形成的夾斷勢壘阻斷反向電流；當二極管器件接正向偏壓時，溝道內(nèi)的勢壘被同時降低，允許電流通過，可調(diào)的溝道參數(shù)實現(xiàn)了相對低的開啟電壓；本發(fā)明適用于所有半導體材料的垂直結(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)用場合下的電氣設(shè)備，包括交流 電機、變頻器、開關(guān)電源、牽引傳動等領(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存 在反向恢復電流的問題；而肖特基勢壘具有良好的正向特性，不存在反向恢復電流的問題， 但是在承受高的反向電場時，會受到勢壘變低和隧穿效應(yīng)的影響，導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。如何同時優(yōu)化并且平衡二極管器件的正反向 特性是半導體器件設(shè)計的重要課題。
【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:
[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電流的特點。
[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，第一半導體類型；
[0019]2、重摻雜區(qū)，第二半導體類型；[0020]3、漂移區(qū)，第一半導體類型；
[0021]4、電場截止層，第一半導體類型；
[0022]5、襯底，第一半導體類型；
[0023]6、歐姆接觸層，第一半導體類型；
[0024]7、陽極金屬；
[0025]8、陰極金屬；
[0026]9、橫向溝道表明摻雜區(qū)，第二半導體類型；
[0027]10、氧化物。
具體實施方案
[0028]實施例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截止層4 ;導電溝道I位于漂移區(qū)3的上方，并處在兩塊相 鄰的重摻雜區(qū)2之間；陽極金屬7位于器件最上方表面，為器件引出電極；在溝道I和陽極 金屬7之間為重摻雜的歐姆接觸層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，第一半導體類型為N型半導體導電材料，第二半導體類型為P型半導體 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)是否需要電場截止層4，決定在N型襯底5上方是否先生長產(chǎn)生形成 截止層4 ;(可選)
[0033]第二步，繼續(xù)向上外延生長分別獲得漂移區(qū)3，和對應(yīng)對于溝道濃度和長度的N型 外延；
[0034]第三步，直接在器件上表面利用離子注入或擴散方式在指定位置摻入P型摻雜形 成P型重摻雜區(qū)2，同時獲得夾在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，得到陽極金屬7和陰極金 屬8，并引出電極，如圖1所示。
[0037]實施例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截止層4 ;導電溝道I位于漂移區(qū)3的上方，并處在兩塊相 鄰的重摻雜區(qū)2之間；陽極金屬7位于器件最上方表面和重摻雜區(qū)2上方的溝槽內(nèi)，為器件 引出電極；在溝道I和陽極金屬7之間為重摻雜的歐姆接觸層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，第一半導體類型為N型半導體導電材料，第二半導體類型為P型半導體 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)是否需要電場截止層4，決定在N型襯底5上方是否先生長產(chǎn)生形成截止層4 ;(可選)
[0042]第二步，繼續(xù)向上外延生長分別獲得漂移區(qū)3，和對應(yīng)對于溝道濃度和長度的N型 外延；
[0043]第三步，在指定位置進行刻蝕，獲得用于摻雜注入的溝槽；
[0044]第四步，在獲得的溝槽內(nèi)進行側(cè)向和垂直的P型摻雜注入，形成P型重摻雜區(qū)2，同 時獲得夾在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 槽中不進行側(cè)向注入，僅進行垂直注入來形成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截止層4 ;導電溝道I與漂移區(qū)3相連，并處在上下相鄰的 重摻雜區(qū)2和表面重摻雜區(qū)9之間；陽極金屬7位于器件最上方表面，分別與表面摻雜區(qū)9、 溝道1、重摻雜區(qū)2連接，并為器件引出電極；在溝道I終端和陽極金屬7之間為重摻雜的 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，第一半導體類型為N型半導體導電材料，第二半導體類型為P型半導體 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)是否需要電場截止層4，決定在N型襯底5上方是否先生長產(chǎn)生形成 截止層4 ;(可選)
[0054]第二步，繼續(xù)向上外延生長分別獲得漂移區(qū)3，在其表面做P型摻雜，得到重摻雜 區(qū)2 ；
[0055]第三步，按照溝道的濃度和寬度設(shè)計，繼續(xù)向上生長得到N型外延；
[0056]第四步，在器件上表面利用離子注入或擴散方式或外延方式或其他方式在指定位 置摻入P型摻雜形成表面重摻雜區(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終端對應(yīng)的器件表面采用離子注入或擴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，露出重摻雜區(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 件表面的表面重摻雜區(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時令其與重摻雜區(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，并同時令歐姆接觸層6與重摻雜區(qū)2相連。
[0062]實施例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 分別對應(yīng)一種相應(yīng)的P型二極管結(jié)構(gòu)。此時第一半導體類型為P型半導體導電材料，第二 半導體類型為N型半導體導電材料，同時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。
[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)相對應(yīng)，結(jié)合圖9予以詳細說明。
[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截止層4 ;導電溝道I位于漂移區(qū)3的上方，并處在兩塊相 鄰的重摻雜區(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之間為重摻雜的歐姆接觸層6 ;陽極金屬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，第一半導體類型為P型半導體導電材料，第二半導體類型為N型半導體 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)是否需要電場截止層4，決定在P型襯底5上方是否先生長形成截止 層4 ;(可選)
[0068]第二步，繼續(xù)向上外延生長分別獲得漂移區(qū)3，和對應(yīng)對于溝道濃度和長度的P型 外延；
[0069]第三步，直接在器件上表面利用離子注入或擴散方式在指定位置摻入N型摻雜形 成N型重摻雜區(qū)2，同時獲得夾在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和陽極金 屬7，并引出電極，如圖9所示。
[0072]圖2至圖8同理對應(yīng)各自的P型二極管結(jié)構(gòu)，不做贅述。
[0073]通過上述實例闡述了本發(fā)明，同時也可以采用其他實例予以實現(xiàn)，本發(fā)明不局限 于上述具體實例，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 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:所述的半導體漂移區(qū)，可以包含或不 包含電場截止層。
【文檔編號】H01L29/45GK103579307SQ201210259585
【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