一種快恢復(fù)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(dǎo)體器件，具體涉及一種快恢復(fù)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(gòu)成PN結(jié)，所述P區(qū)包括由上到下依次設(shè)置的磷離子補償注入層和硼離子注入層；所述磷離子補償注入層能夠?qū)崿F(xiàn)P區(qū)表面濃度降低，所述快恢復(fù)二極管正向?qū)〞r注入空穴數(shù)量減少；在采用少子壽命控制時可不需要生成過多的復(fù)合中心，由此會帶來一系列參數(shù)的優(yōu)化。本實用新型提供的快恢復(fù)二極管，通過對P區(qū)進行磷補償注入的方式實現(xiàn)P區(qū)表面濃度降低，從而實現(xiàn)正向?qū)〞r注入空穴數(shù)量的減少。
【專利說明】一種快恢復(fù)二極管
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種電力半導(dǎo)體器件，具體涉及一種快恢復(fù)二極管。
【背景技術(shù)】
[0002]PIN 二極管傳導(dǎo)正向電流時，一般將從陽極(P區(qū))和陰極(N+區(qū))向漂移區(qū)(I區(qū))注入大量的載流子，從陽極注入的空穴載流子在漂移區(qū)以少子的形式儲存電荷。少子注入使漂移區(qū)產(chǎn)生電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)，從而降低正向通態(tài)壓降，這既是PIN 二極管也是雙極型器件的最大優(yōu)勢。當(dāng)正在導(dǎo)通的二極管突然外加反向電壓時，由于導(dǎo)通時在漂移區(qū)內(nèi)儲存了大量的少數(shù)載流子，器件并不會即刻關(guān)斷。只有將這些少數(shù)載流子完全抽出或是中和掉，器件才會真正關(guān)斷(即器件恢復(fù)反向阻斷能力)，這一過程稱為反向恢復(fù)過程，所需時間即反向恢復(fù)時間(Trr)，反向恢復(fù)時間正比于陽極摻雜總量。
[0003]在高頻應(yīng)用中使用快恢復(fù)二極管可以降低電路損耗。目前絕大多數(shù)快恢復(fù)二極管均通過少子壽命控制技術(shù)形成復(fù)合中心來實現(xiàn)快速關(guān)斷，一般控制少子壽命的方式有電子輻照和重金屬。但使用這兩種控制方式分別存在以下問題:
[0004]1.電子輻照會導(dǎo)致器件漏電流偏大，由于是全局輻照，因此在快速di/dt開關(guān)時會產(chǎn)生電磁干擾(EMI);器件在使用1-2年后，電子輻照缺陷會逐漸恢復(fù)，恢復(fù)速度變慢，器件特性退化，給電路帶來失效隱患；
[0005]2.重金屬常用Au和Pt, Au由于漏電流偏大只用于600V以下低壓器件中；Pt是低壓器件中很好的選擇，但由于Pt存在P型摻雜效應(yīng)，因此，對于1700V以上需要高阻材料的器件，Trr參數(shù)很難控制，甚至?xí)?dǎo)致器件反型。
[0006]3.為了得到滿足恢復(fù)速度要求的快恢復(fù)二極管，往往通過增加復(fù)合中心的數(shù)量來實現(xiàn)，即提高電子輻照劑量或金屬摻雜溫度，但此時會帶來反向漏電，正向通態(tài)壓降Vf的升高以及雪崩耐量的降低。同時由于空穴參與電導(dǎo)調(diào)制，降低了二極管的壓降，但此時壓降為負溫度系數(shù)，產(chǎn)品不易并聯(lián)，不利于大電流電路的應(yīng)用。
實用新型內(nèi)容
[0007]針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本實用新型的目的是提供一種快恢復(fù)二極管，本實用新型從結(jié)構(gòu)上保證PN結(jié)兩側(cè)濃度的情況下降低P區(qū)注入N-區(qū)(即I區(qū))空穴數(shù)量，這樣就可以通過較少的復(fù)合中心來達到足夠的速度，在保證器件工作特性的基礎(chǔ)上，降低器件對壽命控制技術(shù)的依賴程度；同時，參與電導(dǎo)調(diào)制空穴數(shù)量的減少，使壓降的溫度系數(shù)趨于零，更易于并聯(lián)。
[0008]本實用新型的目的是采用下述技術(shù)方案實現(xiàn)的:
[0009]本實用新型提供一種快恢復(fù)二極管，所述快恢復(fù)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(gòu)成PN結(jié)，其改進之處在于，所述P區(qū)包括由上到下依次設(shè)置的磷離子補償注入層和硼離子注入層。
[0010]進一步地，通過光刻和刻蝕所述氧化層形成有源區(qū)窗口，在所述有源區(qū)窗口上進行推結(jié)形成P+區(qū)和P區(qū)，所述P+區(qū)和P區(qū)分別如下:
[0011]所述P+區(qū)是在有源區(qū)窗口生長氧化層作為掩蔽層，在掩蔽層注入硼離子形成硼離子注入層后且在氮氣氣氛推結(jié)下形成的，其厚度為1-1Oum ；
[0012]所述P區(qū)是在同一有源區(qū)窗口或小于有源區(qū)窗口的區(qū)域注入磷離子形成磷離子補償注入層后在氮氣氣氛下推結(jié)到形成的，其厚度為5-25um。
[0013]與現(xiàn)有技術(shù)比，本實用新型的有益效果是:
[0014]1.本實用新型提供的快恢復(fù)二極管結(jié)構(gòu)，通過P區(qū)的磷補償注入層降低快恢復(fù)二極管復(fù)合中心引入量，降低漏電，提高器件雪崩耐量；
[0015]2.本實用新型提供的快恢復(fù)二極管結(jié)構(gòu)，降低P區(qū)空穴注入量，可使二極管器件壓降溫度系數(shù)接近零，易于并聯(lián)；
[0016]3.通過對P區(qū)進行磷補償注入的方式實現(xiàn)P區(qū)表面濃度降低，從而實現(xiàn)正向?qū)〞r注入空穴數(shù)量的減少，可以減小復(fù)合中心引入量。少子壽命控制在選用鉬Pt擴散時可以降低鉬Pt的擴散溫度，從而可以在更高電壓等級的器件上實現(xiàn)鉬摻雜。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1是本實用新型提供的襯底生長氧化層示意圖；
[0018]圖2是本實用新型提供的經(jīng)過光刻刻蝕形成有源區(qū)窗口的結(jié)構(gòu)圖；
[0019]圖3是本實用新型提供的經(jīng)過注入推結(jié)后形成PN結(jié)的器件結(jié)構(gòu)圖；
[0020]圖4是本實用新型提供的有源區(qū)經(jīng)過磷注入補償后的器件結(jié)構(gòu)圖；
[0021]圖5是本實用新型提供的未經(jīng)過有源區(qū)磷補償?shù)钠骷v向摻雜濃度分布圖；
[0022]圖6是本實用新型提供的經(jīng)過有源區(qū)磷補償?shù)钠骷v向摻雜濃度分布圖；其中:1表不襯底N+層；2表不襯底N-層；3表不氧化層；4表不p+區(qū)；5表不P區(qū)。
【具體實施方式】
[0023]下面結(jié)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。
[0024]本實用新型針對現(xiàn)有技術(shù)存在的技術(shù)問題，提供一種快恢復(fù)二極管，本實用新型從結(jié)構(gòu)上保證PN結(jié)兩側(cè)濃度的情況下降低P區(qū)注入N-區(qū)(即I區(qū))空穴數(shù)量，這樣就可以通過較少的復(fù)合中心來達到足夠的速度，在保證器件工作特性的基礎(chǔ)上，降低器件對壽命控制技術(shù)的依賴程度。同時，參與電導(dǎo)調(diào)制空穴數(shù)量的減少，使壓降的溫度系數(shù)趨于零，更易于并聯(lián)。
[0025]快恢復(fù)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(gòu)成PN結(jié)，所述P區(qū)包括由上到下依次設(shè)置的磷離子補償注入層和硼離子注入層；所述磷離子補償注入層能夠?qū)崿F(xiàn)P區(qū)表面濃度降低，所述快恢復(fù)二極管正向?qū)〞r注入空穴數(shù)量減少；
[0026]襯底為均勻摻雜的N型硅襯底，包括從上到下依次分布的襯底N-層2以及襯底N+層I ;在所述襯底N-層2上生長有氧化層3，其示意圖如圖1所示。
[0027]通過光刻和刻蝕氧化層形成有源區(qū)窗口，有源區(qū)P區(qū)的推結(jié)形成過程分為兩步，第一步進行硼注入，推結(jié)1-1Oum的P+區(qū)；第二步進行磷補償注入，磷注入條件要求推結(jié)后只降低靠近硅表面處P區(qū)濃度但不足以使其反型。通過有源區(qū)補償注入形成表面濃度低的P區(qū)，這樣在保證PN結(jié)兩側(cè)濃度的情況下降低了正向?qū)〞rP區(qū)空穴注入量，在采用少子壽命控制時可不需要生成過多的復(fù)合中心，由此會帶來一系列參數(shù)的優(yōu)化。
[0028]本實用新型還一種快恢復(fù)二極管的制造方法，包括下述步驟:
[0029]A、初始氧化:對均勻摻雜的N型硅襯底進行清洗后，通過H2和O2的氣氛，在900°C -1100°C的溫度范圍內(nèi)，1-10小時的氧化時間，在所述襯底硅片表面生長厚度8000-20000埃的氧化層；
[0030]B、形成有源區(qū):通過涂膠，曝光，顯影，刻蝕，去膠，形成有源區(qū)窗口 ；本發(fā)明提供的經(jīng)過光刻刻蝕形成有源區(qū)窗口的結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。
[0031]C、形成PN結(jié):在有源區(qū)窗口上生長300-500埃氧化層作為掩蔽層，后續(xù)進行劑量為lel3cm_2?lel5cm_2的硼離子注入，形成硼離子注入層，并在1200°C氮氣氣氛下推結(jié)下形成1-1Oum的P+區(qū)4 ;經(jīng)過注入推結(jié)后形成PN結(jié)的器件結(jié)構(gòu)圖如圖3所示。
[0032]D、形成PN結(jié):在上述同一有源區(qū)窗口或小于有源區(qū)窗口注入劑量為lel3cm_2?lel5cm-2的磷離子，形成磷離子補償注入層，并在1200°C氮氣氣氛下推結(jié)到結(jié)深5_25um，形成P區(qū)5 ;有源區(qū)經(jīng)過磷注入補償后的器件結(jié)構(gòu)圖、未經(jīng)過有源區(qū)磷補償?shù)钠骷v向摻雜濃度分布圖和經(jīng)過有源區(qū)磷補償?shù)钠骷v向摻雜濃度分布圖分別如圖4、圖5和圖6所示。
[0033]E、進行電子輻照，重金屬高溫推結(jié)或H/He注入進行少子壽命控制；少子壽命控制針對不同的方式有不同的位置。比如電子輻照，屬于全局壽命控制，但H/He注入，是局部壽命控制，具體位置取決于注入能量。
[0034]F、在有源區(qū)表面補注入濃硼，能量20_50Kev，劑量1E13?1E15，通過900°C I小時退火進行激活；
[0035]G、生成金屬電極:在P區(qū)表面采用蒸發(fā)或者濺射金屬鋁，通過光刻，刻蝕，去膠和合金，形成表面金屬電極；
[0036]F、表面鈍化:通過SIN，S102, PI等薄膜形成表面鈍化，通過光刻，刻蝕形成PAD區(qū)域(PAD區(qū)域指的是鈍化區(qū)域)。
[0037]本實用新型提供的快恢復(fù)二極管及其制造方法，通過對P區(qū)進行磷補償注入的方式實現(xiàn)P區(qū)表面濃度降低，從而實現(xiàn)正向?qū)〞r注入空穴數(shù)量的減少。
[0038]最后應(yīng)當(dāng)說明的是:以上實施例僅用以說明本實用新型的技術(shù)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(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)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(yīng)涵蓋在本實用新型的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
【權(quán)利要求】
1.一種快恢復(fù)二極管，所述快恢復(fù)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(gòu)成PN結(jié)，其特征在于，所述P區(qū)包括由上到下依次設(shè)置的磷離子補償注入層和硼離子注入層。
2.如權(quán)利要求1所述的快恢復(fù)二極管，其特征在于，通過光刻和刻蝕氧化層形成有源區(qū)窗口，在所述有源區(qū)窗口上進行推結(jié)形成P+區(qū)和P區(qū)，所述P+區(qū)和P區(qū)分別如下: 所述P+區(qū)的厚度為1-1Oum; 所述P區(qū)的厚度為5-25um。
【文檔編號】H01L29/861GK203589041SQ201320677202
【公開日】2014年5月7日 申請日期:2013年10月30日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月30日
【發(fā)明者】吳迪, 劉鉞楊, 何延強, 劉雋, 凌平, 包海龍, 張宇 申請人:國家電網(wǎng)公司, 國網(wǎng)智能電網(wǎng)研究院, 國網(wǎng)上海市電力公司