一種快恢復(fù)二極管的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及一種快恢復(fù)二極管，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)，其中襯底為二極管的陰極，P+區(qū)為二極管陽(yáng)極；在陽(yáng)極P+區(qū)的表面注入氫或氦，形成局域壽命控制層；本實(shí)用新型的二極管恢復(fù)特性既快且軟；由于局域壽命控制層的存在，器件不需要過(guò)多的全局復(fù)合中心，可以降低器件漏電，提高器件雪崩耐量；配合電子輻照與鉑摻雜，可以實(shí)現(xiàn)正向壓降溫度系數(shù)微正的器件，利于并聯(lián)；可以對(duì)器件陽(yáng)極及陰極的結(jié)構(gòu)及摻雜進(jìn)行調(diào)整，利于提高器件的正向浪涌及動(dòng)態(tài)雪崩能力。
【專利說(shuō)明】一種快恢復(fù)二極管

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種半導(dǎo)體器件，具體講涉及一種快恢復(fù)二極管。

【背景技術(shù)】
[0002]電力系統(tǒng)要求器件高可靠，高壽命，比起消費(fèi)和工業(yè)用，要求關(guān)斷快，軟度因子足夠大，抗浪涌電流和抗動(dòng)態(tài)雪崩?？旎謴?fù)二極管的反向恢復(fù)時(shí)間11^由兩部分構(gòu)成，即11-1-=仏+吐，仏為存儲(chǔ)時(shí)間，即空間電荷區(qū)建立時(shí)間，吐為復(fù)合時(shí)間，即在空間電荷區(qū)建立后，漂移區(qū)內(nèi)多余的少數(shù)載流子復(fù)合掉的時(shí)間，軟度因子3通常定義為吐/仏。目前，快恢復(fù)二極管器件主要采用電子輻照或重金屬摻雜的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)少子壽命控制，由于是全局壽命控制，和吐同時(shí)受少子壽命控制影響，在高頻應(yīng)用時(shí)，快恢復(fù)二極管反向恢復(fù)時(shí)的吐復(fù)合階段，由于電流的快速變化，容易引起電壓尖峰，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致器件反向擊穿甚至損壞，因此器件的恢復(fù)特性需要軟度足夠大。
[0003]為了得到滿足要求反向恢復(fù)時(shí)間的芯片，通常會(huì)提高電子輻照劑量或提高重金屬退火溫度。對(duì)于電子輻照方式，除了導(dǎo)致器件恢復(fù)特性變硬，還會(huì)導(dǎo)致反向漏電偏大，雪崩耐量變小的問(wèn)題；而對(duì)于重金屬金或鉑，摻金方法由于漏電大只應(yīng)用于6007以下器件，摻鉑方式具有漏電小的優(yōu)點(diǎn)，但其工藝存在控制難度大，提高退火溫度易導(dǎo)致器件反型的風(fēng)險(xiǎn)。并且，鉑復(fù)合中心的俘獲系數(shù)隨溫度上升而降低，因此，器件呈現(xiàn)負(fù)溫度系數(shù)，而電子輻照方式恰好相反，局域壽命方式變化則不明顯。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0004]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本實(shí)用新型的目的是提供一種快恢復(fù)二極管，本實(shí)用新型在影響器件反向恢復(fù)特性最有效的區(qū)域內(nèi)通過(guò)注入氫或氦的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)局域缺陷層，配合全局壽命方式電子輻照或重金屬摻雜，可以得到更優(yōu)參數(shù)的器件。
[0005]本實(shí)用新型的目的是采用下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
[0006]本實(shí)用新型提供一種快恢復(fù)二極管，所述二極管包括襯底和其上形成的？十區(qū)共同構(gòu)成的？~結(jié)，其中襯底為二極管的陰極，區(qū)為二極管陽(yáng)極；其特征在于，在陽(yáng)極？+區(qū)的表面注入氫或氦，形成局域壽命控制層；
[0007]所述襯底為均勻摻雜的~型硅襯底，所述~型硅襯底包括依次分布的襯底.層以及襯底奸層；在所述襯底^層上生長(zhǎng)有氧化層。
[0008]進(jìn)一步地，所述注入氫或氦的注入深度為5-711111，有±0丨511111注入能量偏差。
[0009]進(jìn)一步地，在所述局域壽命控制層進(jìn)行氫離子注入及電子輻照形成全局壽命控制區(qū)。
[0010]與現(xiàn)有技術(shù)比，本實(shí)用新型達(dá)到的有益效果是:
[0011]本實(shí)用新型提供的一種快恢復(fù)二極管，在影響器件反向恢復(fù)特性最有效的區(qū)域內(nèi)通過(guò)注入氫或氦的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)局域缺陷層(即局域壽命控制層)，配合全局壽命方式電子輻照或重金屬摻雜，可以得到更優(yōu)參數(shù)的器件。由此帶來(lái)如下優(yōu)點(diǎn):一是恢復(fù)特性既快且軟；二是由于局域缺陷層的存在，二極管器件不需要過(guò)多的全局復(fù)合中心，因此，可以降低器件漏電，提高器件雪崩耐量；三是局域缺陷層的存在，配合電子輻照與鉑摻雜，可以實(shí)現(xiàn)正向壓降溫度系數(shù)微正的器件，利于并聯(lián)；四是由于局域壽命區(qū)的存在，可以對(duì)器件陽(yáng)極及陰極的結(jié)構(gòu)及摻雜進(jìn)行調(diào)整，利于提高器件的正向浪涌及動(dòng)態(tài)雪崩能力。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0012]圖1是本實(shí)用新型提供的襯底生長(zhǎng)氧化層示意圖；
[0013]圖2是本實(shí)用新型提供的經(jīng)過(guò)光刻刻蝕形成有源區(qū)窗口的結(jié)構(gòu)圖；
[0014]圖3是本實(shí)用新型提供的經(jīng)過(guò)注入推結(jié)后形成結(jié)的器件結(jié)構(gòu)圖；
[0015]圖4是本實(shí)用新型提供的包含局域缺陷層的器件結(jié)構(gòu)圖；
[0016]圖5是本實(shí)用新型提供的未經(jīng)過(guò)壽命的器件縱向摻雜濃度分布圖；
[0017]圖6是本實(shí)用新型提供的經(jīng)過(guò)局域及全局壽命控制的器件縱向摻雜濃度分布圖；
[0018]其中:1.表示襯底奸層么表示襯底層；3丨表示氧化層表示13+區(qū)；5表示局域壽命控制層；6表示全局壽命控制區(qū)。

【具體實(shí)施方式】
[0019]下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的【具體實(shí)施方式】作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。
[0020]本實(shí)用新型提供一種快恢復(fù)二極管，所述二極管包括襯底和？+區(qū)，所述？+區(qū)在襯底上形成，共同構(gòu)成剛結(jié)，其中襯底為二極管的陰極，區(qū)4為二極管陽(yáng)極；在二極管完成陽(yáng)極？+區(qū)4推結(jié)后，在陽(yáng)極？+區(qū)4的表面注入氫和氦，形成局域壽命控制層，注入深度5-711111，考慮注入能量偏差，允許±0^ 511111偏差。
[0021]襯底為均勻摻雜的~型硅襯底，所述~型硅襯底包括從上到下依次分布的襯底層2以及襯底奸層1 ；在所述襯底^層2上生長(zhǎng)有氧化層。
[0022]通過(guò)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(jìn)行推結(jié)形成區(qū)；所述？+區(qū)4形成如下:在有源區(qū)窗口生長(zhǎng)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，并在12001:氮?dú)鈿夥胀平Y(jié)下形成5-10皿的區(qū)。硼離子的注入劑量為 1X10。?1X10 150^20
[0023]在正面金屬電極前進(jìn)行鉑摻雜及退火，在器件背金后進(jìn)行電子輻照及退火。由于鉑摻雜及電子輻照形成的復(fù)合中心的俘獲系數(shù)隨溫度呈現(xiàn)相反的變化，因此可以利用此特性對(duì)器件正向壓降的溫度特性進(jìn)行調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)分為以下三種形式:一是采用局域壽命加電子輻照的方式，來(lái)實(shí)現(xiàn)器件正向壓降溫度特性微正；二是采用局域加摻鉑的方式來(lái)進(jìn)行控制；三是采用局域加電子輻照和擴(kuò)鉑兩種全局壽命控制方式?？梢愿鶕?jù)不同的器件結(jié)構(gòu)采用不同的控制方式。本實(shí)用新型還提供一種快恢復(fù)二極管的制作方法，以最復(fù)雜的中間電壓等級(jí)芯片為例，具體步驟如下:
[0024]實(shí)施例
[0025]八、初始氧化:對(duì)均勻摻雜的~型硅襯底進(jìn)行清洗后，通過(guò)!12和02的氣氛，在900 V -1100 X:的溫度范圍內(nèi)，1-10小時(shí)的氧化時(shí)間，在所述襯底硅片表面生長(zhǎng)厚度8000-20000埃的氧化層3 ；如圖1所示；
[0026]8、形成有源區(qū):在均勻摻雜的~型硅襯底上通過(guò)涂膠，曝光，顯影，刻蝕，去膠，形成有源區(qū)窗口 ；如圖2所示；
[0027]0、形成結(jié):為防止注入損傷，在有源區(qū)窗口上生長(zhǎng)300-500埃氧化層作為掩蔽層，后續(xù)進(jìn)行劑量為匕口挪―2?匕巧挪―2的硼離子注入，形成硼離子注入層，并在12001氮?dú)鈿夥障峦平Y(jié)下形成1-1011111的？+區(qū)；如圖3所示；
[0028]0、形成局域壽命控制層:利用鋁或光刻膠進(jìn)行終端阻擋，在相同的有源區(qū)窗口注入!I或!16，退火形成局域壽命控制層5，局域壽命控制層深度為5-711111，有±0丨511111的注入能量偏差；如圖4所不；
[0029]2、進(jìn)行電子輻照，重金屬高溫推結(jié)或11/?注入進(jìn)行少子壽命控制；少子壽命控制針對(duì)不同的方式有不同的位置；
[0030]？、在有源區(qū)表面補(bǔ)注入濃硼，能量20-50千電子伏，注入劑量1613挪—2?1615(3111—2，通過(guò)9001:并持續(xù)1小時(shí)退火進(jìn)行激活；
[0031]I生成金屬電極:在？區(qū)表面采用蒸發(fā)或者濺射金屬鋁，通過(guò)光刻，刻蝕，去膠和合金，形成表面金屬電極；
[0032]?。?、表面鈍化:通過(guò)31隊(duì)3102，？1薄膜形成表面鈍化，通過(guò)光刻，刻蝕形成發(fā)射極鋁引線？八0區(qū)域；
[0033]1、使用電子輻照配合退火在全局壽命控制區(qū)6進(jìn)行全局壽命控制，如圖6所示。未經(jīng)過(guò)壽命的器件縱向摻雜濃度分布圖如圖5所示。
[0034]在步驟2中少子壽命控制針對(duì)不同的方式有不同的位置，對(duì)于金屬摻雜，上面的方式?jīng)]有問(wèn)題，對(duì)于電子輻照方式，可以在鈍化層形成后進(jìn)行，也可在鈍化層形成前進(jìn)行。
[0035]對(duì)于使用鉑進(jìn)行壽命控制，也可以采用其它金屬，如金或鈀。
[0036]本實(shí)用新型提供的快恢復(fù)二極管及其制作方法，其器件的反向恢復(fù)特性極快且軟，降低電磁干擾211發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)；降低器件漏電，有利于提高器件雪崩耐量；器件正向壓降溫度系數(shù)微正，利于并聯(lián)；由于局域缺陷層(即局域壽命控制層)的存在，器件結(jié)構(gòu)調(diào)整余量變大，利于提高器件浪涌電流及動(dòng)態(tài)雪崩能力。
[0037]最后應(yīng)當(dāng)說(shuō)明的是:以上實(shí)施例僅用以說(shuō)明本實(shí)用新型的技術(shù)方案而非對(duì)其限制，盡管參照上述實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明，所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員依然可以對(duì)本實(shí)用新型的【具體實(shí)施方式】進(jìn)行修改或者等同替換，這些未脫離本實(shí)用新型精神和范圍的任何修改或者等同替換，均在申請(qǐng)待批的本實(shí)用新型的權(quán)利要求保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種快恢復(fù)二極管，所述二極管包括襯底和其上形成的P+區(qū)共同構(gòu)成的PN結(jié)，其中襯底為二極管的陰極，P+區(qū)為二極管陽(yáng)極；其特征在于，在陽(yáng)極P+區(qū)的表面注入氫或氦，形成局域壽命控制層； 所述襯底為均勻摻雜的N型硅襯底，所述N型硅襯底包括依次分布的襯底N-層以及襯底N+層；在所述襯底N-層上生長(zhǎng)有氧化層。
2.如權(quán)利要求1所述的快恢復(fù)二極管，其特征在于，所述注入氫或氦的注入深度為5-7um，有±0.5um注入能量偏差。
3.如權(quán)利要求1所述的快恢復(fù)二極管，其特征在于，在所述局域壽命控制層進(jìn)行氫離子注入及電子輻照形成全局壽命控制區(qū)。
【文檔編號(hào)】H01L29/06GK204230250SQ201420721966
【公開(kāi)日】2015年3月25日 申請(qǐng)日期:2014年11月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月26日
【發(fā)明者】吳迪, 劉鉞楊, 何延強(qiáng), 金銳, 溫家良 申請(qǐng)人:國(guó)家電網(wǎng)公司, 國(guó)網(wǎng)智能電網(wǎng)研究院, 國(guó)網(wǎng)上海市電力公司