快恢復(fù)二極管及快恢復(fù)二極管的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種快恢復(fù)二極管及快恢復(fù)二極管的制作方法。該快恢復(fù)二極管包括：具有凹槽的基體；摻雜結(jié)層，設(shè)置于基體中，且摻雜結(jié)層圍繞凹槽的全部內(nèi)表面設(shè)置，摻雜結(jié)層的導(dǎo)電類型與基體的導(dǎo)電類型相反；以及金屬層，設(shè)置于凹槽中以及基體的表面上，且金屬層與摻雜結(jié)層相連。本發(fā)明通過在基體中設(shè)置圍繞凹槽的全部內(nèi)表面的摻雜結(jié)層，從而使得金屬層與摻雜結(jié)層之間形成良好地接觸，進(jìn)而降低了由于質(zhì)量不好的凹槽側(cè)壁(干法刻蝕會導(dǎo)致凹槽側(cè)壁的質(zhì)量不好)與金屬層接觸產(chǎn)生的漏電流。同時，具有上述結(jié)構(gòu)的快恢復(fù)二極管還能避免凹槽邊緣產(chǎn)生電流聚集，從而能夠在肖特基區(qū)域獲得一個更均勻的電流分布，進(jìn)而提高了快恢復(fù)二極管的可靠性。
【專利說明】快恢復(fù)二極管及快恢復(fù)二極管的制作方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體【技術(shù)領(lǐng)域】，具體而言，涉及一種快恢復(fù)二極管及快恢復(fù)二極管的制作方法。

【背景技術(shù)】
[0002]快恢復(fù)二極管(FRED)是一種具有開關(guān)特性好、反向恢復(fù)時間短等特點(diǎn)的半導(dǎo)體二極管，主要應(yīng)用于開關(guān)電源、PWM脈寬調(diào)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?？旎謴?fù)二極管是用電設(shè)備高頻化(20kHZ以上)和高頻設(shè)備固態(tài)化發(fā)展不可或缺的重要器件。
[0003]現(xiàn)有快恢復(fù)二極管通常具有平面結(jié)構(gòu)或凹槽結(jié)構(gòu)兩種形式。如圖1所示，平面結(jié)構(gòu)的快恢復(fù)二極管包括基體10'，設(shè)置于基體10'中的摻雜結(jié)層20'，以及設(shè)置于摻雜結(jié)層20'和基體10'表面上的金屬層30'。其中，基體10'由襯底11'和設(shè)置于襯底11'上的外延層13'組成，摻雜結(jié)層20'設(shè)置于外延層13'中；摻雜結(jié)層20'的表面和基體10'的表面齊平，且摻雜結(jié)層20'的導(dǎo)電類型和基體10'的導(dǎo)電類型相反。該快恢復(fù)二極管的芯片面積較大，在快恢復(fù)二極管的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中難以兼顧各種參數(shù)。
[0004]圖2示出了凹槽結(jié)構(gòu)的快恢復(fù)二極管的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。如圖2所示，該快恢復(fù)二極管包括具有凹槽的基體10'，摻雜結(jié)層20'和金屬層30'。其中，摻雜結(jié)層20'形成于基體10'中，且摻雜結(jié)層20'圍繞凹槽的底部和部分側(cè)部設(shè)置；基體10'由襯底11'和設(shè)置于襯底1Γ上的外延層13'組成，摻雜結(jié)層20'設(shè)置于外延層13'中；摻雜結(jié)層20'的導(dǎo)電類型與基體1(V的導(dǎo)電類型相反。同圖1所示的平面結(jié)構(gòu)的快恢復(fù)二極管相比，在同等性能條件下，該快恢復(fù)二極管的面積得以縮小。
[0005]上述凹槽結(jié)構(gòu)的快恢復(fù)二極管中，凹槽的側(cè)墻(side walls)是通過干法刻蝕形成的，使其表面質(zhì)量很差，而金屬層與其直接接觸，進(jìn)而導(dǎo)致器件容易產(chǎn)生漏電流。另外，由于電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)易導(dǎo)致凹槽邊緣產(chǎn)生電流聚集，使得漏電流進(jìn)一步增大，甚至出現(xiàn)可靠性的問題。針對上述問題，目前還沒有有效的解決方法。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明旨在提供一種快恢復(fù)二極管及快恢復(fù)二極管的制作方法，以降低快恢復(fù)二極管中的漏電流，并提高快恢復(fù)二極管的可靠性。
[0007]為此，本發(fā)明提供了一種快恢復(fù)二極管，該快恢復(fù)二極管包括:具有凹槽的基體；摻雜結(jié)層，設(shè)置于基體中，且摻雜結(jié)層圍繞凹槽的全部內(nèi)表面設(shè)置，摻雜結(jié)層的導(dǎo)電類型與基體的導(dǎo)電類型相反；以及金屬層，設(shè)置于凹槽中以及基體的表面上，且金屬層與摻雜結(jié)層相連。
[0008]進(jìn)一步地，基體由襯底和設(shè)置于襯底上的外延層組成，摻雜結(jié)層設(shè)置于外延層中。
[0009]進(jìn)一步地，基體的導(dǎo)電類型為N型，摻雜結(jié)層的導(dǎo)電類型為P型；或基體的導(dǎo)電類型為P型，摻雜結(jié)層的導(dǎo)電類型為N型。
[0010]同時，一種快恢復(fù)二極管的制作方法，該制作方法包括以下步驟:在基體中形成凹槽；在基體中形成圍繞凹槽的全部內(nèi)表面的摻雜結(jié)層，摻雜結(jié)層的導(dǎo)電類型與基體的導(dǎo)電類型相反；以及在凹槽中以及基體的表面上形成金屬層。
[0011]進(jìn)一步地，形成凹槽的步驟包括:在基體上形成掩膜層和光刻膠層；對光刻膠層進(jìn)行光刻，以在光刻膠層中形成圖形；沿光刻膠層中的圖形依次刻蝕掩膜層和基體，以在基體中形成凹槽。
[0012]進(jìn)一步地，基體由襯底和設(shè)置于襯底上的外延層組成；在形成凹槽的步驟中，在外延層中形成摻雜結(jié)層。
[0013]進(jìn)一步地，形成摻雜結(jié)層的步驟包括:進(jìn)行離子注入，以在基體中形成圍繞凹槽的全部內(nèi)表面的摻雜結(jié)預(yù)備層；進(jìn)行熱擴(kuò)散，以使得摻雜結(jié)預(yù)備層擴(kuò)散形成摻雜結(jié)層。
[0014]進(jìn)一步地，基體的導(dǎo)電類型為N型時，離子注入為P型離子注入；基體的導(dǎo)電類型為P型時，離子注入為N型離子注入。
[0015]進(jìn)一步地，在離子注入之后，去除光刻膠層和掩膜層。
[0016]本發(fā)明通過在基體中設(shè)置圍繞凹槽的全部內(nèi)表面的摻雜結(jié)層，從而使得金屬層與摻雜結(jié)層之間形成良好地接觸，進(jìn)而降低了由于質(zhì)量不好的凹槽側(cè)壁(干法刻蝕會導(dǎo)致凹槽側(cè)壁的質(zhì)量不好)與金屬層接觸產(chǎn)生的漏電流。同時，具有上述結(jié)構(gòu)的快恢復(fù)二極管還能避免凹槽邊緣產(chǎn)生電流聚集，從而能夠在肖特基區(qū)域獲得一個更均勻的電流分布，進(jìn)而提高了快恢復(fù)二極管的可靠性。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]構(gòu)成本發(fā)明的一部分的附圖用來提供對本發(fā)明的進(jìn)一步理解，本發(fā)明的示意性實(shí)施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對本發(fā)明的不當(dāng)限定。在附圖中:
[0018]圖1示出了現(xiàn)有平面結(jié)構(gòu)的快恢復(fù)二極管的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019]圖2示出了現(xiàn)有凹槽結(jié)構(gòu)的快恢復(fù)二極管的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020]圖3示出了本發(fā)明提供的快恢復(fù)二極管的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021]圖4示出了本發(fā)明提供的快恢復(fù)二極管的制作方法的流程示意圖；
[0022]圖5示出了在本發(fā)明提供的快恢復(fù)二極管的制作方法中，在基體中形成凹槽后的基體的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023]圖6示出了進(jìn)行離子注入，以在圖5所示的基體中形成圍繞凹槽的全部內(nèi)表面的摻雜結(jié)預(yù)備層后的基體的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024]圖7示出了進(jìn)行熱擴(kuò)散，以使得圖6所示的摻雜結(jié)預(yù)備層擴(kuò)散形成摻雜結(jié)層后的基體的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；以及
[0025]圖8示出了在圖7所示的凹槽中以及基體的表面上形成金屬層后的基體的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0026]需要說明的是，在不沖突的情況下，本申請中的實(shí)施例及實(shí)施例中的特征可以相互組合。下面將參考附圖并結(jié)合實(shí)施例來詳細(xì)說明本申請。
[0027]需要注意的是，這里所使用的術(shù)語僅是為了描述【具體實(shí)施方式】，而非意圖限制根據(jù)本申請的示例性實(shí)施方式。如在這里所使用的，除非上下文另外明確指出，否則單數(shù)形式也意圖包括復(fù)數(shù)形式，此外，還應(yīng)當(dāng)理解的是，當(dāng)在本說明書中使用術(shù)語“包含”和/或“包括”時，其指明存在特征、步驟、操作、器件、組件和/或它們的組合。
[0028]為了便于描述，在這里可以使用空間相對術(shù)語，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用來描述如在圖中所示的一個器件或特征與其他器件或特征的空間位置關(guān)系。應(yīng)當(dāng)理解的是，空間相對術(shù)語旨在包含除了器件在圖中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附圖中的器件被倒置，則描述為“在其他器件或構(gòu)造上方”或“在其他器件或構(gòu)造之上”的器件之后將被定位為“在其他器件或構(gòu)造下方”或“在其他器件或構(gòu)造之下”。因而，示例性術(shù)語“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”兩種方位。該器件也可以其他不同方式定位(旋轉(zhuǎn)90度或處于其他方位)，并且對這里所使用的空間相對描述作出相應(yīng)解釋。
[0029]由【背景技術(shù)】可知，現(xiàn)有凹槽結(jié)構(gòu)的快恢復(fù)二極管中，凹槽的側(cè)壁是通過干法刻蝕形成的，使其表面質(zhì)量很差，而金屬層與其直接接觸，進(jìn)而導(dǎo)致器件容易產(chǎn)生漏電流。另外，由于電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)易導(dǎo)致凹槽邊緣產(chǎn)生電流聚集，使得漏電流進(jìn)一步增大，甚至出現(xiàn)可靠性的問題。
[0030]本發(fā)明的發(fā)明人針對上述問題進(jìn)行了研究，提出了一種快恢復(fù)二極管。如圖3所示，該快恢復(fù)二極管包括:具有凹槽30的基體10 ;摻雜結(jié)層40，設(shè)置于基體10中，且摻雜結(jié)層40圍繞凹槽30的全部內(nèi)表面設(shè)置，摻雜結(jié)層40的導(dǎo)電類型與基體10的導(dǎo)電類型相反；以及金屬層50,設(shè)置于凹槽30中以及基體10的表面上,且金屬層50與摻雜結(jié)層40相連。
[0031]本發(fā)明通過在基體10中設(shè)置圍繞凹槽30的全部內(nèi)表面的摻雜結(jié)層40，從而使得金屬層50與摻雜結(jié)層40之間形成良好地接觸，進(jìn)而降低了由于質(zhì)量不好的凹槽側(cè)壁(干法刻蝕會導(dǎo)致凹槽側(cè)壁的質(zhì)量不好)與金屬層50接觸產(chǎn)生的漏電流。同時，具有上述結(jié)構(gòu)的快恢復(fù)二極管還能避免凹槽30邊緣產(chǎn)生電流聚集，從而能夠在肖特基區(qū)域獲得一個更均勻的電流分布，進(jìn)而提高了快恢復(fù)二極管的可靠性。
[0032]下面將更詳細(xì)地描述根據(jù)本發(fā)明提供的快恢復(fù)二極管的示例性實(shí)施方式。然而，這些示例性實(shí)施方式可以由多種不同的形式來實(shí)施，并且不應(yīng)當(dāng)被解釋為只限于這里所闡述的實(shí)施方式。應(yīng)當(dāng)理解的是，提供這些實(shí)施方式是為了使得本申請的公開徹底且完整，并且將這些示例性實(shí)施方式的構(gòu)思充分傳達(dá)給本領(lǐng)域普通技術(shù)人員。
[0033]在一種優(yōu)選的實(shí)施方式中，上述快恢復(fù)二極管包括多個凹槽30，且介質(zhì)層形成于各凹槽30的側(cè)壁上。本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以通過擴(kuò)展凹槽30之間的間距，使肖特基區(qū)域與Pn結(jié)區(qū)域之間的面積比變大，從而獲得一個較低反向恢復(fù)電荷(Qrr)、漏電流更小、恢復(fù)時間更快的器件。
[0034]上述基體10由襯底11和設(shè)置于上的外延層13組成，摻雜結(jié)層40設(shè)置于外延層13中，且摻雜結(jié)層40圍繞凹槽30的全部內(nèi)表面設(shè)置。當(dāng)基體10的導(dǎo)電類型為N型時，摻雜結(jié)層40的導(dǎo)電類型為P型。當(dāng)基體10的導(dǎo)電類型為P型時，摻雜結(jié)層40的導(dǎo)電類型為N型。摻雜結(jié)層40的尺寸可以根據(jù)實(shí)際工藝需求進(jìn)行設(shè)定。
[0035]同時，一種快恢復(fù)二極管的制作方法。如圖4所示，該制作方法包括以下步驟:在基體中形成凹槽；在基體中形成圍繞凹槽的全部內(nèi)表面的摻雜結(jié)層，摻雜結(jié)層的導(dǎo)電類型與基體的導(dǎo)電類型相反；以及在凹槽中以及基體的表面上形成金屬層。
[0036]上述制作方法通過在基體中形成圍繞凹槽的全部內(nèi)表面的摻雜結(jié)層，從而使得金屬層與摻雜結(jié)層之間形成良好地接觸，進(jìn)而降低了由于質(zhì)量不好的凹槽側(cè)壁(干法刻蝕會導(dǎo)致凹槽側(cè)壁的質(zhì)量不好)與金屬層接觸產(chǎn)生的漏電流。同時，所形成快恢復(fù)二極管還能避免凹槽邊緣產(chǎn)生電流聚集，從而能夠在肖特基區(qū)域獲得一個更均勻的電流分布，進(jìn)而提高了快恢復(fù)二極管的可靠性。
[0037]下面將更詳細(xì)地描述根據(jù)本發(fā)明提供的快恢復(fù)二極管的制作方法的示例性實(shí)施方式。然而，這些示例性實(shí)施方式可以由多種不同的形式來實(shí)施，并且不應(yīng)當(dāng)被解釋為只限于這里所闡述的實(shí)施方式。應(yīng)當(dāng)理解的是，提供這些實(shí)施方式是為了使得本申請的公開徹底且完整，并且將這些示例性實(shí)施方式的構(gòu)思充分傳達(dá)給本領(lǐng)域普通技術(shù)人員，在附圖中，為了清楚起見，擴(kuò)大了層和區(qū)域的厚度，并且使用相同的附圖標(biāo)記表示相同的器件，因而將省略對它們的描述。
[0038]圖5至圖8示出了本申請?zhí)峁┑目旎謴?fù)二極管的制作方法中，經(jīng)過各個步驟后得到的基體10的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。下面將結(jié)合圖5至圖8，進(jìn)一步說明本申請所提供的快恢復(fù)二極管的制作方法。
[0039]首先，在基體10中形成凹槽30，其結(jié)構(gòu)如圖5所示。具體地，形成凹槽30的步驟包括:在基體10上形成掩膜層21和光刻膠層23 ;對光刻膠層23進(jìn)行光刻，以在光刻膠層23中形成圖形；沿光刻膠層23中的圖形依次刻蝕掩膜層21和基體10，以在基體10中形成凹槽30。其中，基體10由襯底11和設(shè)置于上的外延層13組成，摻雜結(jié)層40形成于外延層13中。
[0040]上述掩膜層21可以為氧化物，例如氧化硅等，形成掩膜層21的工藝可以為化學(xué)氣相沉積等?？涛g掩膜層21和基體10的工藝可以為干法刻蝕，例如等離子體刻蝕等，其具體工藝參數(shù)可以參照現(xiàn)有技術(shù)，在此不再贅述。
[0041]接下來，在基體10中形成圍繞凹槽30的全部內(nèi)表面的摻雜結(jié)層40，且摻雜結(jié)層40的導(dǎo)電類型與基體10的導(dǎo)電類型相反。在一種優(yōu)選的實(shí)施方式中，形成摻雜結(jié)層40的步驟包括:進(jìn)行離子注入，以在基體10中形成圍繞凹槽30的全部內(nèi)表面的摻雜結(jié)預(yù)備層40'，進(jìn)而形成如圖6所示的基體結(jié)構(gòu)；進(jìn)行熱擴(kuò)散，以使得摻雜結(jié)預(yù)備層40'擴(kuò)散形成摻雜結(jié)層40，進(jìn)而形成如圖7所示的基體結(jié)構(gòu)。
[0042]上述離子注入的步驟中，可以通過控制注入角度和注入能量，以在基體10中形成圍繞凹槽30的全部內(nèi)表面的摻雜結(jié)預(yù)備層4(V。離子注入的類型與基體10的導(dǎo)電類型相關(guān)。當(dāng)基體10的導(dǎo)電類型為N型時，離子注入為P型離子注入。當(dāng)基體10的導(dǎo)電類型為P型時，離子注入為N型離子注入。在完成離子注入之后，便可以去除光刻膠層23和掩膜層21。離子注入和熱擴(kuò)散的工藝參數(shù)可以參照現(xiàn)有技術(shù)，在此不再贅述。
[0043]最后，在凹槽30中以及基體10的表面上形成金屬層50,進(jìn)而形成如圖8所不的基體結(jié)構(gòu)。金屬層50的材料可以為鋁等，形成金屬層50的工藝可以為濺射等。
[0044]從以上實(shí)施例可以看出，本發(fā)明上述的實(shí)例實(shí)現(xiàn)了如下技術(shù)效果:
[0045](I)本發(fā)明通過在基體中設(shè)置圍繞凹槽的全部內(nèi)表面的摻雜結(jié)層，從而使得金屬層與摻雜結(jié)層之間形成良好地接觸，進(jìn)而降低了由于質(zhì)量不好的凹槽側(cè)壁(干法刻蝕會導(dǎo)致凹槽側(cè)壁的質(zhì)量不好)與金屬層接觸產(chǎn)生的漏電流。
[0046](2)本發(fā)明提供的快恢復(fù)二極管還能避免凹槽邊緣產(chǎn)生電流聚集，從而能夠在肖特基區(qū)域獲得一個更均勻的電流分布，進(jìn)而提高了快恢復(fù)二極管的可靠性。
[0047](3)本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以通過擴(kuò)展凹槽之間的間距，使肖特基區(qū)域與pn結(jié)區(qū)域之間的面積比變大，從而獲得一個較低反向恢復(fù)電荷(Qrr)、漏電流更小、恢復(fù)時間更快的器件。
[0048]以上僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種快恢復(fù)二極管，其特征在于，所述快恢復(fù)二極管包括: 具有凹槽(30)的基體(10)； 摻雜結(jié)層(40)，設(shè)置于所述基體(10)中，且所述摻雜結(jié)層(40)圍繞所述凹槽(30)的全部內(nèi)表面設(shè)置，所述摻雜結(jié)層(40)的導(dǎo)電類型與所述基體(10)的導(dǎo)電類型相反；以及金屬層(50)，設(shè)置于所述凹槽(30)中以及所述基體(10)的表面上，且所述金屬層(50)與所述摻雜結(jié)層(40)相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的快恢復(fù)二極管，其特征在于，所述基體(10)由襯底(11)和設(shè)置于所述襯底(11)上的外延層(13)組成，所述摻雜結(jié)層(40)設(shè)置于所述外延層(13)中。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的快恢復(fù)二極管，其特征在于， 所述基體(10)的導(dǎo)電類型為N型，所述摻雜結(jié)層(40)的導(dǎo)電類型為P型；或 所述基體(10)的導(dǎo)電類型為P型，所述摻雜結(jié)層(40)的導(dǎo)電類型為N型。
4.一種快恢復(fù)二極管的制作方法，其特征在于，所述制作方法包括以下步驟: 在基體(10)中形成凹槽(30)； 在所述基體(10)中形成圍繞所述凹槽(30)的全部內(nèi)表面的摻雜結(jié)層(40)，且所述摻雜結(jié)層(40)的導(dǎo)電類型與所述基體(10)的導(dǎo)電類型相反；以及 在所述凹槽(30)中以及所述基體(10)的表面上形成金屬層(50)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的制作方法，其特征在于，形成所述凹槽(30)的步驟包括: 在所述基體(10)上形成掩膜層(21)和光刻膠層(23)； 對所述光刻膠層(23)進(jìn)行光刻，以在所述光刻膠層(23)中形成圖形； 沿所述光刻膠層(23)中的圖形依次刻蝕所述掩膜層(21)和所述基體(10)，以在所述基體(10)中形成所述凹槽(30)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的制作方法，其特征在于，所述基體(10)由襯底(11)和設(shè)置于所述襯底(11)上的外延層(13)組成；在形成所述凹槽(30)的步驟中，在所述外延層(13)中形成所述摻雜結(jié)層(40)。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的制作方法，其特征在于，形成所述摻雜結(jié)層(40)的步驟包括: 進(jìn)行離子注入，以在所述基體(10)中形成圍繞所述凹槽(30)的全部內(nèi)表面的摻雜結(jié)預(yù)備層(40')； 進(jìn)行熱擴(kuò)散，以使得所述摻雜結(jié)預(yù)備層(40')擴(kuò)散形成所述摻雜結(jié)層(40)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的制作方法，其特征在于， 所述基體(10)的導(dǎo)電類型為N型時，所述離子注入為P型離子注入； 所述基體(10)的導(dǎo)電類型為P型時，所述離子注入為N型離子注入。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的制作方法，其特征在于，在所述離子注入之后，去除所述光刻膠層(23)和掩膜層(21)。
【文檔編號】H01L21/329GK104269444SQ201410535524
【公開日】2015年1月7日 申請日期:2014年10月11日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月11日
【發(fā)明者】義夫 申請人:麗晶美能（北京）電子技術(shù)有限公司