本實用新型涉及半導(dǎo)體器件制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種快恢復(fù)二極管。

背景技術(shù)：

快恢復(fù)二極管(Fast Recovery Diode，F(xiàn)RD)是一種具有開關(guān)特性好、反向恢復(fù)時間短特點的半導(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。因此，具備良好性能的快恢復(fù)二極管，尤其是具備良好動態(tài)特性的快恢復(fù)二極管能夠提高開關(guān)電源、PWM脈寬調(diào)制器、變頻器等設(shè)備的工作可靠性?？旎謴?fù)二極管的動態(tài)特性主要包括反向恢復(fù)時間、反向峰值電流和軟反向恢復(fù)特性，其中軟反向恢復(fù)特性可以減少器件反向恢復(fù)過程中由于電流的振蕩而引起的電壓過沖及振蕩，從而提高了快恢復(fù)二極管工作穩(wěn)定性及可靠性。

目前，快恢復(fù)二極管結(jié)構(gòu)類型主要包括PiN結(jié)構(gòu)、LLD結(jié)構(gòu)、SPEED SSD結(jié)構(gòu)、FS-LLD結(jié)構(gòu)、CIBH結(jié)構(gòu)和FCE結(jié)構(gòu)。其中，CIBH結(jié)構(gòu)快恢復(fù)二極管在其背面的緩沖層中形成不連續(xù)的P島，該結(jié)構(gòu)不僅可以提高快恢復(fù)二極管的軟反向恢復(fù)特性，也可以保持其動靜態(tài)折中性能不受影響。但是，現(xiàn)有技術(shù)中CIBH結(jié)構(gòu)快恢復(fù)二極管的制備工藝復(fù)雜、步驟繁瑣，且不能準確確定P島在緩沖層中的具體位置和大小。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了滿足現(xiàn)有技術(shù)的需求，本實用新型提供了一種快恢復(fù)二極管。

本實用新型中一種快恢復(fù)二極管的技術(shù)方案是：

所述快恢復(fù)二極管包括有源區(qū)、終端區(qū)和N型緩沖層；

所述N型緩沖層位于N+陰極區(qū)的上方且與所述N+陰極區(qū)接觸；

所述有源區(qū)包括多個P型摻雜區(qū)；

所述終端區(qū)包括一個P型摻雜區(qū)；

所述P型摻雜區(qū)均位于所述N型緩沖層的內(nèi)部，且所述P型摻雜區(qū)的上邊界與所述N型緩沖層的上邊界之間的距離為1-20um。

進一步地，本實用新型提供的一個優(yōu)選技術(shù)方案為：

所述有源區(qū)的P型摻雜區(qū)的面積與所述有源區(qū)的底部面積之比為0.1～0.5；

所述終端區(qū)的P型摻雜區(qū)的面積與所述終端區(qū)的底部面積相同。

進一步地，本實用新型提供的一個優(yōu)選技術(shù)方案為：

所述終端區(qū)還包括保護環(huán)和截止環(huán)；

所述保護環(huán)為P型保護環(huán)，所述截止環(huán)為N型截止環(huán)。

進一步地，本實用新型提供的一個優(yōu)選技術(shù)方案為：

所述快恢復(fù)二極管還包括金屬電極。

進一步地，本實用新型提供的一個優(yōu)選技術(shù)方案為：

所述有源區(qū)的P型摻雜區(qū)的面積與所述有源區(qū)的底部面積之比為0.1～0.5；

所述終端區(qū)的P型摻雜區(qū)的面積與所述終端區(qū)的底部面積相同。

與最接近的現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型的有益效果是：

本實用新型提供的一種快恢復(fù)二極管，其源區(qū)包括多個P型摻雜區(qū)，終端區(qū)包括一個P型摻雜區(qū)，且所有P型摻雜區(qū)均設(shè)置在N型緩沖層的內(nèi)部，各個P型摻雜區(qū)所占各區(qū)域的面積比例，以及與N型緩沖層的邊界間距均設(shè)置在一定范圍內(nèi)，使得快恢復(fù)二極管具備良好的反向恢復(fù)軟度和高的可靠性。

附圖說明

圖1：本實用新型實施例中一種快恢復(fù)二極管拓撲示意圖；

圖2：本實用新型實施例中一種快恢復(fù)二極管制備方法實施流程示意圖；

圖3：本實用新型實施例中硅襯底雙面氧化示意圖；

圖4：本實用新型實施例中硅片背面P型離子注入窗口示意圖；

圖5：本實用新型實施例中硅片光刻膠去除并注入損傷修復(fù)示意圖；

圖6：本實用新型實施例中硅片背面氧化層去除示意圖；

圖7：本實用新型實施例中硅片背面外延示意圖；

圖8：本實用新型實施例中硅片正面有源區(qū)和保護環(huán)形成示意圖；

圖9：本實用新型實施例中硅片雙面場氧化示意圖；

圖10：本實用新型實施例中對終端區(qū)的邊緣和外延層摻雜N型離子示意圖；

圖11：本實用新型實施例中BPSG淀積和回流示意圖；

圖12：本實用新型實施例中有源區(qū)和截止環(huán)處金屬引線孔刻蝕示意圖；

圖13：本實用新型實施例中硅片正面金屬化示意圖；

圖14：本實用新型實施例中硅片正面鈍化示意圖；

圖15：本實用新型實施例中硅片背面金屬化示意圖；

其中，1：硅襯底；2：第一氧化層；3：光刻膠；4：P型摻雜區(qū)；5：外延層；61：有源區(qū)；62：保護環(huán)；7：第二氧化層；81：截止環(huán)；82：N+陰極區(qū)；9：BPSG薄膜層；101：有源區(qū)金屬電極；102：截止環(huán)金屬電極；11：鈍化層；12：硅襯底背面金屬層；13：N型緩沖層。

具體實施方式

為使本實用新型實施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合本實用新型實施例中的附圖，對本實用新型實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地說明，顯然，所描述的實施例是本實用新型一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本實用新型中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本實用新型保護的范圍。

下面分別結(jié)合附圖，對本實用新型實施例提供的一種快恢復(fù)二極管進行說明。

圖1為本實用新型實施例中一種快恢復(fù)二極管拓撲示意圖，如圖所示，本實施例中快恢復(fù)二極管包括有源區(qū)、終端區(qū)和N型緩沖層13。其中，

N型緩沖層13位于N+陰極區(qū)的上方且與N+陰極區(qū)82接觸。

有源區(qū)包括多個P型摻雜區(qū)4，同時P型摻雜區(qū)4均位于N型緩沖層13的內(nèi)部，且P型摻雜區(qū)4的上邊界與N型緩沖層13的上邊界之間的距離為1-20um，其面積與有源區(qū)的底部面積之比為0.1～0.5。

終端區(qū)包括一個P型摻雜區(qū)4，同時P型摻雜區(qū)4位于N型緩沖層13的內(nèi)部，且P型摻雜區(qū)4的上邊界與N型緩沖層13的上邊界之間的距離為1-20um，其面積與終端區(qū)的底部面積相同。

進一步地，本實施例中終端區(qū)還包括下述結(jié)構(gòu)。

本實施例中終端區(qū)還包括保護環(huán)62和截止環(huán)81。其中，保護環(huán)62為P型保護環(huán)，截止環(huán)81為N型截止環(huán)。

進一步地，本實施例中快恢復(fù)二極管還可以包括下述結(jié)構(gòu)。

本實施例中快恢復(fù)二極管還包括金屬電極和終端鈍化層，金屬電極包括有源區(qū)金屬電極、截止環(huán)金屬電極和背面金屬電極和終端鈍化層。其中，

有源區(qū)金屬電極，淀積在有源區(qū)上；

截止環(huán)金屬電極，淀積在截止環(huán)上；

背面金屬電極，淀積在硅襯底的背面；

終端鈍化層，淀積在終端區(qū)的介質(zhì)層上。

本實施例中快恢復(fù)二極管，其源區(qū)包括多個P型摻雜區(qū)，終端區(qū)包括一個P型摻雜區(qū)，且所有P型摻雜區(qū)均設(shè)置在N型緩沖層的內(nèi)部，各個P型摻雜區(qū)所占各區(qū)域的面積比例，以及與N型緩沖層的邊界間距均設(shè)置在一定范圍內(nèi)，使得快恢復(fù)二極管具備良好的反向恢復(fù)軟度和高的可靠性。

下面分別結(jié)合附圖，對本實用新型實施例提供的一種快恢復(fù)二極管的制備發(fā)進行說明。

圖2為本實用新型實施例中一種快恢復(fù)二極管制備方法實施流程示意圖，如圖所示，本實施例中快恢復(fù)二極管制備方法可以采用下述步驟實施，具體為：

步驟S101：向硅襯底的背面注入P型離子形成P型摻雜區(qū)，并在硅襯底的背面形成外延層。

步驟S102：在硅襯底的正面形成有源區(qū)和終端區(qū)。

步驟S103：對終端區(qū)的邊緣摻雜N型離子形成截止環(huán)，對外延層摻雜N型離子形成N+陰極區(qū)。

步驟S104：分別對硅襯底的正面和背面淀積金屬層，形成金屬電極。

步驟S105：在硅襯底的背面形成N型緩沖層，N型緩沖層位于N+陰極區(qū)的上方且與N+陰極區(qū)接觸，N型緩沖層結(jié)深大于所述P型摻雜區(qū)的結(jié)深。

本實施例中首先在硅襯底背面形成P型摻雜區(qū)即P島，其次在硅襯底背面形成緩沖層，可以依據(jù)快恢復(fù)二極管的性能需求設(shè)定P島和緩沖層之間的位置關(guān)系，使其具備良好的反向恢復(fù)軟度。

進一步地，本實施例中步驟S101還包括下述實施步驟，具體為：

1、順次對硅襯底進行打標、拋光和清洗。

本實施例中可以采用激光打標機在硅襯底上刻上快恢復(fù)二極管的批次號和晶圓號等標識，同時可以采用酸洗、堿洗或去離子水清洗硅襯底。

2、對硅襯底進行高溫氧化在其正面和背面形成第一氧化層。

其中，第一氧化層的厚度為100～1000埃。

圖3為本實用新型實施例中硅襯底雙面氧化示意圖，如圖所示，本實施例中分別在硅襯底1的正面和背面形成第一氧化層2。

3、順次對硅襯底的背面涂覆光刻膠、曝光和顯影形成多個第一P型離子注入窗口和一個第二P型離子注入窗口。

其中，第一P型離子注入窗口設(shè)置在硅襯底背面中與硅襯底的有源區(qū)對應(yīng)的區(qū)域內(nèi)，且第一P型離子注入窗口與該區(qū)域的面積之比為0.1～0.5，即第一P型離子注入窗口占該區(qū)域的10％～50％。第二P型離子注入窗口設(shè)置在硅襯底背面中與硅襯底的終端區(qū)對應(yīng)的區(qū)域內(nèi)，且第二P型離子注入窗口與該區(qū)域的面積相同，即第一P型離子注入窗口占該區(qū)域的100％。

4、分別通過第一P型離子注入窗口和第二P型離子注入窗口向硅襯底注入劑量為1e12-1e14的硼離子，并去除光刻膠，最后在900-1250℃條件下對硅襯底進行注入損傷修復(fù)。

圖4為本實用新型實施例中硅片背面P型離子注入示意圖，如圖所示，本實施例中包括三個第一P型離子注入窗口，分別通過第一P型離子注入窗口和第二P型離子注入窗口向硅襯底注入硼離子。

圖5為本實用新型實施例中硅片光刻膠去除并注入損傷修復(fù)示意圖，如圖所示，在向硅襯底注入硼離子后去除光刻膠3，最后對硅襯底進行注入損傷修復(fù)得到P型摻雜區(qū)域4。

5、去除硅襯底中背面的第一氧化層，在硅襯底的背面形成硅外延層。

其中，硅外延層的厚度為20～80um，其摻雜濃度與硅襯底的摻雜濃度相同。

圖6為本實用新型實施例中硅片背面氧化層去除示意圖，如圖所示，本實施例中去除硅襯底背面的第一氧化層2。

圖7為本實用新型實施例中硅片背面外延示意圖，如圖所示，本實施例中在去除第一氧化層2的硅襯底背面形成硅外延層5。

進一步地，本實施例中步驟S102還包括下述實施步驟，具體為：

1、順次對硅襯底的正面涂覆光刻膠、曝光和顯影形成有源區(qū)P型離子注入窗口和終端區(qū)P型離子注入窗口。

2通過有源區(qū)P型離子注入窗口和終端區(qū)P型離子注入窗口向硅襯底注入劑量為1e13-1e15的硼離子，并去除光刻膠。

3、在充滿氮氣的環(huán)境下對硅襯底進行退火形成有源區(qū)61和終端區(qū)的保護環(huán)62，退火溫度為1050-1250℃。

4、去除硅襯底中正面的第一氧化層2。

圖8為本實用新型實施例中硅片正面有源區(qū)和保護環(huán)形成示意圖，如圖所示，本實施例中在硅襯底正面形成兩個保護環(huán)62。

進一步地，本實施例中步驟S103還包括下述實施步驟，具體為：

1、對硅襯底進行高溫場氧化在其正面和背面形成第二氧化層7。

圖9為本實用新型實施例中硅片雙面場氧化示意圖，如圖所示，本實施例中在硅襯底正面和背面的5上形成第二氧化層7，其中第二氧化層7的厚度為8000～30000埃。

2、在終端區(qū)的邊緣摻雜N型離子形成截止環(huán)81，在外延層摻雜N型離子形成N+陰極區(qū)82。

圖10為本實用新型實施例中對終端區(qū)的邊緣和外延層摻雜N型離子示意圖，如圖所示，本實施例中可以向終端區(qū)摻雜磷離子形成截止環(huán)81，向硅襯底背面摻雜磷離子形成N+陰極區(qū)82。

進一步地，本實施例中步驟S104還包括下述實施步驟，具體為：

本實施例中可以采用下述步驟對硅襯底的正面淀積金屬層形成金屬電極。

1、在硅襯底的正面淀積BPSG薄膜層，并在900-1100℃溫度下對BPSG薄膜層進行回流。

圖11為本實用新型實施例中BPSG淀積和回流示意圖，對其前烘和固化形成BPSG薄膜層9。

2、對BPSG薄膜層進行光刻和刻蝕形成引線孔。

圖12為本實用新型實施例中有源區(qū)和截止環(huán)處金屬引線孔刻蝕示意圖，如圖所示，本實施例中對BPSG薄膜層8進行光刻和刻蝕形成引線孔。

3、在BPSG薄膜層及其所在平面上淀積金屬層，金屬層向下填入引線孔且與有源區(qū)和截止環(huán)接觸，對金屬層進行光刻和刻蝕形成焊接窗口。

圖13為本實用新型實施例中硅片正面金屬化示意圖，如圖所示，金屬層分別填入有源區(qū)和截止環(huán)處的引線孔并與有源區(qū)和截止環(huán)接觸，形成有源區(qū)金屬電極101和截止環(huán)金屬電極102，最后對金屬層進行光刻和刻蝕形成焊接窗口。其中，焊接窗口包括有源區(qū)焊接窗口和截止環(huán)焊接窗口。

4、在終端區(qū)表面淀積鈍化層。

圖14為本實用新型實施例中硅片正面鈍化示意圖，如圖所示，本實施例中在終端區(qū)的BPSG薄膜層9及其所在平面上淀積鈍化層11。

圖15為本實用新型實施例中硅片背面金屬化示意圖，如圖所示，本實施例中可以采用常規(guī)金屬淀積方法在硅襯底背面淀積金屬層形成金屬電極12。

進一步地，本實施例中步驟S105還包括下述實施步驟，具體為：

本實施例中向硅襯底的背面注入N型離子后在200℃-400℃溫度下對其退火，形成N型緩沖層13。其中，

可以采用三種以上能量和劑量的高能氫注入或者采用擋板一次高能氫注入，該擋板分三個以上厚度區(qū)域，不同厚度區(qū)域?qū)Ω吣軞涞淖钃跄芰Σ灰恢?，擋板中最薄的區(qū)域?qū)Ω吣軞渥钃跄芰ψ钊酰颂幐吣軞渥⑷胱钌?，反之，擋板中最厚的區(qū)域?qū)Ω吣軞渥钃跄芰ψ顝?，此處高能氫注入最淺。

N型緩沖層13的結(jié)深大于P型摻雜區(qū)的結(jié)深1-20um。

本實施例中在完成步驟S101～S105后，還可以根據(jù)快恢復(fù)二極管的器件性能需求，采用鉑、金等重金屬或氫、氦、電子高能離子輻照，對快恢復(fù)二極管進行壽命控制。其中，壽命控制采用常規(guī)工藝，可以包括全局壽命控制和局域壽命控制。

顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對本實用新型進行各種改動和變型而不脫離本實用新型的精神和范圍。這樣，倘若本實用新型的這些修改和變型屬于本實用新型權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本實用新型也意圖包含這些改動和變型在內(nèi)。