一種溝槽型快恢復二極管的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種電力半導體器件，具體涉及一種溝槽型快恢復二極管?？旎謴投O管包括襯底和P區(qū)，所述P區(qū)在襯底上形成，共同構成PN結，在所述PN結的兩側對稱設置有溝槽區(qū)；所述襯底為均勻摻雜的N型硅襯底，在所述襯底N-層上生長有氧化層。本實用新型提供的溝槽型快恢復二極管，是通過濕法腐蝕去除PN結邊緣彎曲處，消除PN結曲率導致的電場集中，通過三次光刻工藝即可實現(xiàn)包含鈍化的、反向耐壓接近平行平面結的高壓二極管，具有制造方式簡單，工藝要求低的特點。
【專利說明】一種溝槽型快恢復二極管
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種電力半導體器件，具體涉及一種溝槽型快恢復二極管。
【背景技術】
[0002]快恢復二極管具有開關特性好，反向恢復時間短的特點，主要應用于開關電源，PWM脈寬調制器，變頻器等電子電路中，作為高頻整流二極管，續(xù)流二極管，或阻尼二極管使用。
[0003]對于快恢復二極管來說，理想的反向耐壓應該是PN結為平行平面結的情況，但由于存在如下的原因，導致反向耐壓無法達到理想平行平面結的情況。平行平面部分的電場分布為一系列的平行線，而結終端處的電場分布與平行平面部分不同。因為PN結的兩側必須滿足電中性要求，結面的彎曲導致了結面處電場的集中。因此彎曲處的電場強度就可以在較低的反向電壓下達到擊穿的臨界電場強度，從而使PN結比理想的平行平面結提前發(fā)生擊穿。所以結面彎曲常使擊穿電壓降低。
[0004]基于上面的原因，高壓FRD半導體器件為了實現(xiàn)高擊穿耐壓，必須使用終端結構來減小表面電場和結彎曲處電場，使擊穿耐壓盡可能的接近平面結。一般分為平面型和臺面型，平面型通過在主結邊緣處設置一些延伸結構，這些延伸結構實際上起到將主結耗盡區(qū)向外展寬，從而降低表面的電場強度以提高擊穿電壓，例如場環(huán)，場板等，但是此類終端通常面積偏大，使得制造器件成本很高。
實用新型內容
[0005]針對現(xiàn)有技術的不足，本實用新型的目的是提供一種溝槽型快恢復二極管，本實用新型提供的溝槽型快恢復二極管，是通過濕法腐蝕去除PN結邊緣彎曲處，消除PN結曲率導致的電場集中，通過三次光刻工藝即可實現(xiàn)包含鈍化的、反向耐壓接近平行平面結的高壓二極管，具有制造方式簡單，工藝要求低的特點。
[0006]本實用新型的目的是采用下述技術方案實現(xiàn)的:
[0007]本實用新型提供一種溝槽型快恢復二極管，所述快恢復二極管包括襯底和P區(qū)，所述P區(qū)在襯底上形成，共同構成PN結，其改進之處在于，在所述器件表面終端處對稱設置有溝槽區(qū)，溝槽深度大于PN結深度。
[0008]進一步地，所述襯底采用由上到下依次分布的高阻層N-和襯底重摻N+層組成的外延片，或采用由高阻層N-組成的單晶片；
[0009]所述襯底N-層上生長的氧化層厚度為500-1000埃；
[0010]在所述氧化層通過物理或化學的方式淀積500-1000埃的氮化硅層。
[0011]進一步地，在溝槽區(qū)上生長有8000-15000埃的氧化層。
[0012]進一步地，在所述溝槽區(qū)的表面上設置有金屬電極。
[0013]與現(xiàn)有技術比，本實用新型達到的有益效果是:
[0014]1.本實用新型提供的溝槽型快恢復二極管，是通過濕法腐蝕去除PN結邊緣彎曲處，消除PN結曲率導致的電場集中，通過三次光刻工藝即可實現(xiàn)包含鈍化的反向耐壓接近平行平面結的高壓二極管，具有制造方式簡單，工藝要求低的特點；
[0015]2.本實用新型光刻次數(shù)少，僅僅三次即實現(xiàn)帶有表面鈍化的高壓二極管，降低器件生產周期；
[0016]3.溝槽型終端具有終端面積小的特點，減小器件面積，成本降低。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1是本實用新型提供的襯底生長500-1000埃氧化層03和500-1000埃氮化硅
層04的結構示意圖；
[0018]圖2是本實用新型提供的經過光刻刻蝕后的氧化層03和氮化硅層04的結構示意圖；
[0019]圖3是本實用新型提供的已形成終端溝槽和PN結示意圖；
[0020]圖4是本實用新型提供的已形成金屬電極的溝槽型快恢復二極管結構示意圖；其中:01為襯底重摻N+ ；02為高阻層N- ；03為硅襯底與氮化硅間過渡層；04為氮化硅層；05為8000-15000埃的場氧化層；06為器件P區(qū)；07為金屬電極。
【具體實施方式】
[0021]下面結合附圖對本實用新型的【具體實施方式】作進一步的詳細說明。
[0022]本實用新型采用氮化硅對二極管有源區(qū)進行保護和阻擋，來實現(xiàn)終端濕法硅腐蝕，即挖槽，后續(xù)仍然保留氮化硅，通過場氧化，實現(xiàn)槽內表面鈍化，利用此氧化層對后續(xù)形成的PN結進行保護，然后進行硼注入，此時為防止氮化硅受高溫影響發(fā)生開裂現(xiàn)象，可使用熱磷酸進行去除，通過對注入硼高溫推結，形成PN結，后續(xù)進行金屬電極，鈍化等常規(guī)工藝。本實用新型通過三次光刻工藝即可實現(xiàn)包含鈍化的，反向耐壓接近平行平面結的高壓二極管。
[0023]本實用新型提供的溝槽型快恢復二極管，包括襯底和P區(qū)，所述P區(qū)在襯底上形成，共同構成PN結，在所述PN結的兩側對稱設置有溝槽區(qū)；所述襯底為均勻摻雜的N型硅襯底，在所述襯底N-層上生長有氧化層。
[0024]N型硅襯底采用由上到下依次分布的高阻層N-和襯底重摻N+層組成的外延片，或采用由高阻層N-組成的單晶片；襯底N-層上生長的氧化層厚度為500-1000埃；在氧化層通過物理或化學的方式淀積500-1000埃的氮化硅層。
[0025]采用所述氧化層和氮化硅層作為掩蔽層，在N型硅襯底上設有硼離子注入層，硼離子注入劑量為lel3cm-2?le15cm_2 ;所述在硼離子注入層1200°C氮氣氣氛下推結形成5-10um結深的P區(qū)06。
[0026]所述溝槽區(qū)為以哪一部分為圓心形成的角度為多大，厚度為多大的圓弧形所述溝槽區(qū)是由濕法硅腐蝕氮化硅形成的終端溝槽區(qū)，在溝槽區(qū)上生長有厚度為8000-15000埃的氧化層，用于溝槽區(qū)的鈍化和保護，在終端溝槽區(qū)的表面上設置有金屬電極。
[0027]本實用新型還提供一種溝槽型快恢復二極管的制造方法，包括下述步驟:
[0028]A、初始氧化:對均勻摻雜的N型硅襯底進行清洗后，使用高溫氧化900°C?1100°C通氧氣在硅片表面生長厚度為500-1000埃的氧化層03，繼續(xù)通過物理或化學方式淀積形成厚度為500-1000埃氮化硅04 ；N型硅襯底采用由上到下依次分布的高阻層N-02和襯底重摻N+01層組成的外延片，或采用由高阻層N-02組成的單晶片，如圖1所示。
[0029]B、溝槽形成:通過涂膠，曝光，顯影，刻蝕，去除形成溝槽區(qū)域氮化硅；利用氮化硅的保護和阻擋，通過濕法腐蝕挖槽，實現(xiàn)槽型終端，并采用超聲方式去除由于挖槽造成的表面邊緣懸空的氮化硅。所述去除由于挖槽造成的表面邊緣懸空的氮化硅時，或將步驟A中的厚度為500-1000埃的氧化層03作為注入掩蔽層進行硼離子注入，硼離子注入后在去除氮化桂，如圖2所示。
[0030]C、場氧化:通過900°C?1100°C氫氧合成，形成厚度為8000-15000埃的氧化層05，用于溝槽區(qū)鈍化和保護；
[0031]D、PN結形成:利用步驟A所述的氧化層03和氮化硅04作為注入掩蔽層，進行硼離子注入，注入劑量lel3cm-2?lel5cm_2，注入后通過140°C熱磷酸去除注入掩蔽層，經過推結清洗后，在1200°C氮氣氣氛下進行推結形成結深5-10um的P區(qū)；如圖3所示。
[0032]E、金屬電極:蒸發(fā)或者濺射金屬鋁，通過光刻，刻蝕，去膠，合金，形成表面金屬電極07 ;如圖4所示。
[0033]F、表面鈍化:通過常規(guī)方式形成表面鈍化。
[0034]本實用新型提供的溝槽型快恢復二極管及其制造方法，是通過濕法腐蝕去除PN結邊緣彎曲處，消除PN結曲率導致的電場集中，通過三次光刻工藝即可實現(xiàn)包含鈍化的、反向耐壓接近平行平面結的高壓二極管，具有制造方式簡單，工藝要求低的特點，克服了現(xiàn)有技術制造成本高的問題。
[0035]最后應當說明的是:以上實施例僅用以說明本實用新型的技術方案而非對其限制，盡管參照上述實施例對本實用新型進行了詳細的說明，所屬領域的普通技術人員應當理解:依然可以對本實用新型的【具體實施方式】進行修改或者等同替換，而未脫離本實用新型精神和范圍的任何修改或者等同替換，其均應涵蓋在本實用新型的權利要求范圍當中。
【權利要求】
1.一種溝槽型快恢復二極管，所述快恢復二極管包括襯底和P區(qū)，所述P區(qū)在襯底上形成，共同構成PN結，其特征在于，在所述器件表面終端處對稱設置有溝槽區(qū)，溝槽深度大于PN結深度。
2.如權利要求1所述的溝槽型快恢復二極管，其特征在于，所述襯底采用由上到下依次分布的高阻層N-和襯底重摻N+層組成的外延片，或采用由高阻層N-組成的單晶片； 所述襯底N-層上生長的氧化層厚度為500-1000埃； 在所述氧化層通過物理或化學的方式淀積500-1000埃的氮化硅層。
3.如權利要求1所述的溝槽型快恢復二極管，其特征在于，在溝槽區(qū)上生長有8000-15000埃的氧化層。
4.如權利要求3所述的溝槽型快恢復二極管，其特征在于，在所述溝槽區(qū)的表面上設置有金屬電極。
【文檔編號】H01L29/861GK203607417SQ201320677023
【公開日】2014年5月21日 申請日期:2013年10月30日 優(yōu)先權日:2013年10月30日
【發(fā)明者】吳迪, 劉鉞楊, 何延強, 包海龍, 劉雋, 張宇, 凌平 申請人:國家電網(wǎng)公司, 國網(wǎng)上海市電力公司, 國網(wǎng)智能電網(wǎng)研究院