本發(fā)明涉及FRD芯片領(lǐng)域，具體而言，涉及一種FRD芯片的終端結(jié)構(gòu)、其制備方法及具有其的FRD芯片。

背景技術(shù)：

快恢復(fù)二極管(FRD)具有開關(guān)性能好、反向恢復(fù)時間短、正向電流大等優(yōu)點(diǎn)，在電力電子電路中常與三端功率開關(guān)器件并聯(lián)使用，作為高頻、大電流的續(xù)流二極管或整流管，目前在電磁爐、電源、變頻家電、變頻焊機(jī)、電動車等產(chǎn)品上已廣泛使用。根據(jù)快恢復(fù)二極管的特點(diǎn)，其主要應(yīng)用于高壓領(lǐng)域，因此通常需要在快恢復(fù)二極管的芯片邊界處采用終端保護(hù)技術(shù)，即設(shè)置終端區(qū)減小表面電場強(qiáng)度，提高快恢復(fù)二極管的擊穿電壓。由于終端區(qū)分壓只是為了提高快恢復(fù)二極管的擊穿電壓，對導(dǎo)電能力并無貢獻(xiàn)，因此如何優(yōu)化終端耐壓結(jié)構(gòu)，減少終端結(jié)構(gòu)面積，將有助于提高快恢復(fù)二極管的導(dǎo)電能力。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的主要目的在于提供一種FRD芯片的終端結(jié)構(gòu)、其制備方法及具有其的FRD芯片，以解決如何在保證器件耐壓性能的同時提高芯片的導(dǎo)電能力的問題。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種FRD芯片的終端結(jié)構(gòu)，F(xiàn)RD芯片具有襯底和設(shè)置在襯底上的外延片，F(xiàn)RD芯片包括終端結(jié)構(gòu)和有源結(jié)構(gòu)，終端結(jié)構(gòu)圍繞FRD芯片的有源結(jié)構(gòu)設(shè)置在外延片中，襯底向外延片延伸的方向?yàn)樯疃确较?，終端結(jié)構(gòu)包括：終端耐壓環(huán)，數(shù)量為一個，設(shè)置在外延片中；終端截止環(huán)，設(shè)置在終端耐壓環(huán)的遠(yuǎn)離有源結(jié)構(gòu)的一側(cè)的外延片中，其中襯底、外延片和終端截止環(huán)的摻雜離子類型相同，終端耐壓環(huán)和外延片的摻雜離子為反型離子。

進(jìn)一步地，上述終端耐壓環(huán)沿深度方向的深度為5～8μm。

進(jìn)一步地，上述終端耐壓環(huán)中摻雜離子為P型離子，優(yōu)選為硼離子。

進(jìn)一步地，上述終端耐壓環(huán)中摻雜離子的注入劑量為E12～E13。

根據(jù)本申請的另一方面，提供了一種FRD芯片，包括有源結(jié)構(gòu)和終端結(jié)構(gòu)，該終端結(jié)構(gòu)為上述任一種終端結(jié)構(gòu)。

進(jìn)一步地，上述FRD芯片還包括：場氧化層，設(shè)置在終端結(jié)構(gòu)對應(yīng)的外延片上，且避讓終端截止環(huán)設(shè)置；金屬互連層，覆蓋場氧化層、部分有源結(jié)構(gòu)以及部分終端截止環(huán)；陽極，設(shè)置在有源結(jié)構(gòu)上；鈍化層，設(shè)置在金屬互連層的另一部分表面上以及部分陽極的裸露表面上；以及陰極，設(shè)置在襯底的遠(yuǎn)離外延片的表面上。

根據(jù)本申請的又一方面，提供了一種上述任一種終端結(jié)構(gòu)的制備方法，該制備方法包括：遮蓋外延片的遠(yuǎn)離襯底的部分表面，使欲設(shè)置終端耐壓環(huán)的表面裸露，裸露的表面為第一分面；對外延片進(jìn)行第一次離子注入，在對應(yīng)第一分面的位置得到終端耐壓環(huán)，第一次離子注入的摻雜離子與外延片中的摻雜離子為反型離子；遮蓋外延片的遠(yuǎn)離襯底的另一部分表面，使欲設(shè)置終端截止環(huán)的表面裸露；對外延片進(jìn)行第二次離子注入，得到終端截止環(huán)，第二次離子注入的摻雜離子與外延片中的摻雜離子為相同類型的離子。

進(jìn)一步地，上述第一次離子注入的注入劑量為E12～E13。

進(jìn)一步地，上述第一次離子注入的摻雜離子為P型離子，優(yōu)選P型離子為硼離子；外延片中的摻雜離子為N型離子，優(yōu)選N型離子為磷離子。

進(jìn)一步地，上述制備方法包括：步驟S1，在外延片的遠(yuǎn)離襯底的表面上設(shè)置光刻膠，并對光刻膠進(jìn)行圖形化處理使第一分面裸露，得到光刻膠掩膜；步驟S2，對具有外延片進(jìn)行第一次離子注入，得到終端耐壓環(huán)；步驟S3，去除光刻膠掩膜，并在外延片的遠(yuǎn)離襯底的表面上設(shè)置氧化層；步驟S4，對氧化層進(jìn)行刻蝕，使外延片位于終端耐壓環(huán)的遠(yuǎn)離有源結(jié)構(gòu)的一側(cè)表面裸露；以及步驟S5，對外延片進(jìn)行第二次離子注入，得到終端截止環(huán)。

應(yīng)用本發(fā)明的技術(shù)方案，將終端耐壓環(huán)設(shè)置為一個，使得終端結(jié)構(gòu)在襯底的延展方向上的面積為襯底的總面積的20～40％，相對于現(xiàn)有技術(shù)中分壓環(huán)的方案所占據(jù)面積大大減小，約減少20％左右，且該終端耐壓環(huán)起到足夠的耐壓性能，因此，提高了芯片的導(dǎo)電能力且減小了制作終端耐壓環(huán)的成本；使得芯片相對于現(xiàn)有技術(shù)具有分壓環(huán)的芯片在實(shí)現(xiàn)相同導(dǎo)電能力的前提下，芯片的面積大大減小，因此降低了芯片的制作成本。

附圖說明

構(gòu)成本申請的一部分的說明書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：

圖1示出了現(xiàn)有技術(shù)常規(guī)的芯片剖面結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2示出了根據(jù)本申請一種優(yōu)選實(shí)施例提供的芯片剖面結(jié)構(gòu)示意圖，其中示出了終端結(jié)構(gòu)的剖面結(jié)構(gòu)；

圖3示出了在外延片的遠(yuǎn)離襯底的表面上光刻膠掩膜后的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4示出了對圖3中外延片進(jìn)行第一次離子注入得到終端耐壓環(huán)后的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5示出了去除圖4中的光刻膠掩膜并在外延片的遠(yuǎn)離襯底的表面上設(shè)置氧化層且對氧化層進(jìn)行刻蝕后的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6示出了對圖5中的外延片進(jìn)行第二次離子注入得到終端截止環(huán)后的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；

圖7示出了對圖6所示的外延片進(jìn)行離子注入形成P阱區(qū)后的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；

圖8示出了在圖7所示的結(jié)構(gòu)上形成金屬互連層后的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；

圖9示出了在圖8所示的結(jié)構(gòu)上形成陽極后的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；

圖10示出了在圖9所示結(jié)構(gòu)上形成鈍化層后的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；以及

圖11示出了對圖10所示的襯底進(jìn)行減薄處理且在襯底的遠(yuǎn)離外延片的表面上形成陰極后的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。

其中，上述附圖包括以下附圖標(biāo)記：

10、襯底；20、外延片；30、終端結(jié)構(gòu)；31、終端耐壓環(huán)；32、終端截止環(huán)；30’、光刻膠掩膜；40、有源結(jié)構(gòu)；41、P阱區(qū)；50、場氧化層；50’、氧化層；60、金屬互連層；70、陽極；70’、金屬；80、鈍化層；90、陰極。

具體實(shí)施方式

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)說明本發(fā)明。

如背景技術(shù)所記載的，終端區(qū)分壓只是為了提高快恢復(fù)二極管的擊穿電壓，對導(dǎo)電能力并無貢獻(xiàn)，因此如何優(yōu)化終端耐壓結(jié)構(gòu)，減少終端區(qū)結(jié)構(gòu)面積，將有助于提高快恢復(fù)二極管的導(dǎo)電能力，但是減少終端結(jié)構(gòu)面積可能導(dǎo)致芯片耐壓性能下降。

為了解決如何在保證器件耐壓性能的同時提高芯片的導(dǎo)電能力的問題，本申請發(fā)明人經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)，目前常用的終端結(jié)構(gòu)30中的終端耐壓環(huán)31為多個(具體可參考圖1)，其外圍設(shè)置終端截止環(huán)32，組合形成分壓環(huán)，大大占據(jù)了終端結(jié)構(gòu)30的面積，而如果將終端耐壓環(huán)31合并為一個，并且將其面積減小到一定程度，驚喜發(fā)現(xiàn)不僅能夠保證器件的耐壓性能而且能夠提高芯片的導(dǎo)電能力。因此本申請?zhí)峁┝薋RD芯片的終端結(jié)構(gòu)、其制備方法及具有其的FRD芯片。

在本申請一種典型的實(shí)施方式中，提供了一種FRD芯片的終端結(jié)構(gòu)，如圖2所示，F(xiàn)RD芯片具有襯底10和設(shè)置在襯底10上的外延片20，F(xiàn)RD芯片包括終端結(jié)構(gòu)30和有源結(jié)構(gòu)40，終端結(jié)構(gòu)30圍繞FRD芯片的有源結(jié)構(gòu)40設(shè)置在外延片20中，襯底10向外延片20延伸的方向?yàn)樯疃确较?，上述終端結(jié)構(gòu)包括終端耐壓環(huán)31和終端截止環(huán)32，終端耐壓環(huán)31的數(shù)量為一個；終端截止環(huán)32，設(shè)置在終端耐壓環(huán)31的遠(yuǎn)離有源結(jié)構(gòu)40的一側(cè)的外延片20中，其中襯底10、外延片20和終端截止環(huán)32的摻雜離子類型相同，終端耐壓環(huán)31和外延片20的摻雜離子為反型離子。

本申請將終端耐壓環(huán)31設(shè)置為一個，使得終端結(jié)構(gòu)在襯底10的延展方向上的面積為襯底10的總面積的20～40％，相對于現(xiàn)有技術(shù)中分壓環(huán)的方案所占據(jù)面積大大減小，約減少20％左右，且該終端耐壓環(huán)31起到足夠的耐壓性能，因此，提高了芯片的導(dǎo)電能力且減小了制作終端耐壓環(huán)31的成本；使得芯片相對于現(xiàn)有技術(shù)具有分壓環(huán)的芯片在實(shí)現(xiàn)相同導(dǎo)電能力的前提下，芯片的面積大大減小，因此降低了芯片的制作成本。

上述終端耐壓環(huán)31的沿橫向的最大截面面積在外延片中的占比根據(jù)產(chǎn)品的耐壓和電流有一定關(guān)系，但是均在上述范圍內(nèi)變化，其中以2A600V的產(chǎn)品為例，該比例不超過5.5％。

為了進(jìn)一步提高上述終端耐壓環(huán)31的耐壓性能，優(yōu)選終端耐壓環(huán)31沿深度方向的深度為5～8μm。進(jìn)一步優(yōu)選上述終端耐壓環(huán)31中摻雜離子的注入劑量為E12～E13。同樣，上述深度與產(chǎn)品的電壓有關(guān)系，當(dāng)電壓為600V時，該深度在7μm左右。

此外，針對目前常規(guī)芯片的襯底10為N型重?fù)诫s襯底10，其外延片20為N型輕摻雜襯底10，優(yōu)選上述終端耐壓環(huán)31中摻雜離子為P型離子，優(yōu)選為硼離子。當(dāng)然，如果襯底10為P型襯底10，外延片20為P型外延片20，那么終端耐壓環(huán)31中的摻雜離子為N型離子，優(yōu)選為磷離子。

在本申請另一種典型的實(shí)施方式中，提供了一種FRD芯片，如圖2所示，包括有源結(jié)構(gòu)40和終端結(jié)構(gòu)30，該終端結(jié)構(gòu)30為上述任一種終端結(jié)構(gòu)，該終端結(jié)構(gòu)在襯底的延展方向上的面積為襯底的總面積的20～40％。由于本申請的終端結(jié)構(gòu)30具有面積小、耐壓性能滿足要求的特點(diǎn)，因此使具有其的芯片相對于現(xiàn)有技術(shù)具有分壓環(huán)的芯片在實(shí)現(xiàn)相同導(dǎo)電能力的前提下，芯片的面積大大減小，因此降低了芯片的制作成本。

在本申請一種優(yōu)選的實(shí)施例中，優(yōu)選如圖2所示，上述FRD芯片還包括場氧化層50、金屬互連層60、陽極70、鈍化層80和陰極90，場氧化層50設(shè)置在終端結(jié)構(gòu)30對應(yīng)的外延片20上，且避讓終端截止環(huán)32設(shè)置；金屬互連層60覆蓋場氧化層50、部分有源結(jié)構(gòu)40以及部分終端截止環(huán)32；陽極70設(shè)置在有源結(jié)構(gòu)40上；鈍化層80設(shè)置在金屬互連層60的另一部分裸露表面上以及部分陽極70的裸露表面上；以及陰極90設(shè)置在襯底10的遠(yuǎn)離外延片20的表面上。

在本申請另一種典型的實(shí)施方式中，提供了一種上述任一種終端結(jié)構(gòu)的制備方法，該制備方法包括：遮蓋外延片20的遠(yuǎn)離襯底10的部分表面，使欲設(shè)置終端耐壓環(huán)31的表面裸露，裸露的表面為第一分面，外延片20的遠(yuǎn)離襯底10的表面為第一表面；對外延片20進(jìn)行第一次離子注入，在對應(yīng)第一分面的位置得到終端耐壓環(huán)31，第一次離子注入的摻雜離子與外延片20中的摻雜離子為反型離子；遮蓋外延片20的遠(yuǎn)離襯底10的另一部分表面，使欲設(shè)置終端截止環(huán)32的表面裸露；對外延片20進(jìn)行第二次離子注入，得到終端截止環(huán)32，第二次離子注入的摻雜離子與外延片20中的摻雜離子為相同類型的離子。

通過控制所遮蓋的外延片20的表面面積，來控制本申請的終端耐壓環(huán)31的面積，進(jìn)而減小終端耐壓環(huán)31的面積，所得到的終端結(jié)構(gòu)30具有面積小、耐壓性能滿足要求的特點(diǎn)。在此基礎(chǔ)上制作的芯片相對于現(xiàn)有技術(shù)具有分壓環(huán)的芯片在實(shí)現(xiàn)相同導(dǎo)電能力的前提下，芯片的面積大大減小，因此降低了芯片的制作成本。

本申請上述的第一次離子注入和第二次離子注入包括現(xiàn)有技術(shù)中常規(guī)的離子注入流程，即包括注入離子的步驟以及后續(xù)的擴(kuò)散推進(jìn)步驟。

為了進(jìn)一步提高終端耐壓環(huán)31的耐壓性能，優(yōu)選上述第一次離子注入的注入劑量為E12～E13。

在本申請一種優(yōu)選的實(shí)施例中，第一次離子注入的摻雜離子為P型離子，優(yōu)選P型離子為硼離子；外延片20中的摻雜離子為N型離子，優(yōu)選N型離子為磷離子。

上述制備終端耐壓環(huán)31和終端截止環(huán)32的步驟中所采用的遮蓋物可以有多種選自，以下將舉例說明，優(yōu)選上述制備方法包括：步驟S1，在外延片20的遠(yuǎn)離襯底10的表面上設(shè)置光刻膠，并對光刻膠進(jìn)行圖形化處理使第一分面裸露，得到如圖3所示的光刻膠掩膜30’；步驟S2，對圖3中外延片20進(jìn)行第一次離子注入，得到如圖4所示的終端耐壓環(huán)31；步驟S3，去除圖4中的光刻膠掩膜30’，并在外延片20的遠(yuǎn)離襯底10的表面上設(shè)置氧化層50’；步驟S4，對氧化層50’進(jìn)行刻蝕，使外延片20位于終端耐壓環(huán)31的遠(yuǎn)離有源結(jié)構(gòu)40的一側(cè)表面裸露，得到圖5所示的結(jié)構(gòu)；以及步驟S5，對圖5中的外延片20進(jìn)行第二次離子注入，得到如圖6所示的終端截止環(huán)32。

第一次離子注入時采用光刻膠做掩膜，第二次離子注入時采用氧化層做掩膜，當(dāng)然第二次離子注入時也可以采用光刻膠做掩膜。上述第二次離子注入的條件本領(lǐng)域技術(shù)人員可以參考現(xiàn)有技術(shù)中制作終端截止環(huán)的離子注入條件，在此不再贅述。上述對氧化層可以為氧化硅層，且可以采用化學(xué)氣相沉積、等離子體沉積等多種沉積方式設(shè)置，在此不再贅述；對于氧化層的刻蝕可以采用濕法刻蝕或者干法刻蝕，具體的刻蝕條件均可參考現(xiàn)有技術(shù)，在此也不再贅述。

在形成上述終端結(jié)構(gòu)后，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步完整制作芯片的結(jié)構(gòu)，為了更好地理解本申請芯片的結(jié)構(gòu)，以下將對芯片的制作方法進(jìn)行進(jìn)一步說明。

在得到圖6所示的終端截止環(huán)32后，在氧化層50’和裸露的外延片20上設(shè)置光刻膠，并對該光刻膠進(jìn)行圖形化處理，使欲設(shè)置有源結(jié)構(gòu)40的位置的氧化層50’表面裸露出來，然后刻蝕去除該部分的氧化層50’剩余的氧化層形成圖7所示的場氧化層50，接著在該位置制備有源結(jié)構(gòu)40，比如對外延片20進(jìn)行離子注入形成圖7所示的P阱區(qū)41等，具體的制備過程可以參考現(xiàn)有技術(shù)FRD芯片的有源區(qū)制備方法，在此不再贅述。

在完成有源結(jié)構(gòu)40制備后，在圖7所示的有源結(jié)構(gòu)40、場氧化層50和終端截止環(huán)32上沉積介電材料、導(dǎo)電材料，并對介電材料和導(dǎo)電材料進(jìn)行刻蝕，形成圖8所示的金屬互連層60，該金屬互連層60覆蓋場氧化層50、部分有源結(jié)構(gòu)40以及終端截止環(huán)32的裸露表面上。

在形成金屬互連層60之后，在圖8所示的有源結(jié)構(gòu)40上、金屬互連層60的裸露表面以及終端截止環(huán)32的裸露表面上沉積金屬70’，并且對金屬70’進(jìn)行刻蝕，形成圖9所示的陽極70，該陽極70設(shè)置在有源結(jié)構(gòu)40上。

形成陽極70之后，在圖9所示的陽極70、金屬70’的裸露表面上以及金屬互連層60的裸露表面上沉積介電材料，然后對介電材料進(jìn)行刻蝕，形成圖10所示的鈍化層80。

形成鈍化層80之后，對襯底10進(jìn)行減薄處理后，在襯底10的遠(yuǎn)離外延片20的表面上沉積或者蒸發(fā)設(shè)置金屬，形成圖11所示的陰極90。

從以上的描述中，可以看出，本發(fā)明上述的實(shí)施例實(shí)現(xiàn)了如下技術(shù)效果：

本申請將終端耐壓環(huán)設(shè)置為一個，使得終端結(jié)構(gòu)在襯底的延展方向上的面積為襯底的總面積的20～40％，相對于現(xiàn)有技術(shù)中分壓環(huán)的方案所占據(jù)面積大大減小，約減少20％左右，且該終端耐壓環(huán)起到足夠的耐壓性能，因此，提高了芯片的導(dǎo)電能力且減小了制作終端耐壓環(huán)的成本；使得芯片相對于現(xiàn)有技術(shù)具有分壓環(huán)的芯片在實(shí)現(xiàn)相同導(dǎo)電能力的前提下，芯片的面積大大減小，因此降低了芯片的制作成本。

以上所述僅為本發(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)。