專利名稱：改善高崩潰電壓的半導體功率整流器電壓突降的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種半導體功率整流器，更確切地說，涉及一種可克服微缺陷對于元件操作影響，可避免電壓突降問題，且改善高崩潰電壓的半導體功率整流器電壓突降的方法。
半導體功率整流器是一用途廣泛的電子元件，也是構成電子電路的重要成分。一個良好的半導體功率整流器必須具有低導通電壓(turn on voltage)、高切換速度和高崩潰電壓(breakdown voltage)的特性，尤其是半導體功率整流器在作為電源供應器等的用途時，更需要具有高崩潰電壓的功率整流器，以免在外接電源發(fā)生突發(fā)脈冰(surge)時，半導體功率整流器會有不正常的工作狀況，使得由其供應電源的電路會產(chǎn)生故障。因此如何設計并制作出具有高崩潰電壓的半導體功率整流器，就成為該項技藝的重要課題。


圖1展示了一個現(xiàn)有的半導體功率整流器，其是在一個有高摻雜濃度(heavily doped)的n+型硅基材10上以磊晶方式成長一個具有較低摻雜濃度(lighthy doped)的n型雜質(zhì)區(qū)域12，再用熱擴散方式在n型雜質(zhì)區(qū)域12的上方形成一個具有高摻雜濃度的P+型雜質(zhì)區(qū)域14，最后分別在P+型雜質(zhì)區(qū)域14上及n+型硅基材10之下分別蒸鍍或沉積導體材料，以分別形成陽極或陰極(未以圖示)，這樣即可形成一個個有PN接面的半導體功率整流器。
在上述結構的半導體功率整流器中，為了避免雪崩式崩潰(avalanchebreakdown)的過早發(fā)生，即要避免在空乏區(qū)(depletion region)處會有過大的電場，造成載子的能量過高。所以在過去為了提高此元件的崩潰電壓，一般采取的方式是避免在空乏區(qū)中會有過度集中的電場，例如可以設立飄浮場環(huán)(floating field ring)，或是場板(filed plate)，以避免電場會有過度的集中，進而提早發(fā)生崩潰。
但是在如圖1所示的半導體功率整流器結構中，由于n型雜質(zhì)區(qū)域12是以磊晶的方式成長在n+型硅基材10上，在其界面區(qū)上常有如差排(dislocation)之類的晶格缺陷所導致的微缺陷發(fā)生。如圖2所示，在低伏特時(如450伏以下)，此界面處電場強度較小，尚不至于造成影響。但是在高伏特時(如超過450伏)，電場強度增加，使得此微缺陷無法抵擋如此高的電場，而導致逆向電壓突降(snap down)的問題發(fā)生。
由于在元件發(fā)生電壓突降后即告損壞，因此半導體功率整流器的操作電流也受到此因素的限制。換言之，即使有對于上述電場分散的設計，如無法克服此項因微缺陷導致的電壓突降問題，元件就無法在逆向崩潰時，承受較高的逆向電流。
本發(fā)明的主要目的是提供一種改善高崩潰電壓的半導體功率整流器裝置，藉由消除晶格缺陷對于元件的影響，而防止電壓突降問題，因此可制成高崩潰電壓的半導體功率整流器。
為了達到上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供一種改善高崩潰電壓的半導體功率整流器電壓突降的方法，其主要包含一個具有第一導電型的基材，一個具有第二導電型的磊晶層，一個具有第三導電型的雜質(zhì)層，以及位于第一導電型基材及第二導電型磊晶層之間的一個隔絕層，該隔絕層的作用可以使微缺陷不致影響到半導體功率整流器的空乏區(qū)。
本發(fā)明的方法是這樣實現(xiàn)的包括有下列步驟在一具有高濃度第一導電型的半導體基材上以磊晶方式形成一低濃度具有第二導電型的半導體磊晶層；在所述第二導電型半導體磊晶層，以熱擴散方式形成一高濃度第三導電型的半導體雜質(zhì)層；在所述第三導電型的半導體雜質(zhì)層下形成有一空乏區(qū)；以及在所述第一導電型基材及第二導電型磊晶層之間形成一個或以上高濃度的隔絕層；該方法的特征是所述隔絕層可以使所述第一導電型的半導體基材上的微缺陷不致影響到此半導體功率整流器空乏區(qū)的展開。
其中所述半導體基材為硅基材。
其中所述第一導電型為P+型，且所述第二導電型為n型，以及第三導電型為P+型。
其中所述第一導電型為P+型，且所述第二導型為P型，以及第三導型為n+型。
其中所述隔絕層為P+或N+型的硅磊晶層，且其厚度大于1μm、電阻系數(shù)小于5.0Ω-cm。
其中所述高崩潰電壓為450伏以上。
本發(fā)明提供一種改善高崩潰電壓的半導體功率整流器電壓突降的方法，藉由在半導體基材及磊晶層之間設立隔絕層，即可使半導體基材上的晶格微缺陷不致影響到磊晶層，因此可以避免逆向電壓突降現(xiàn)象，進而使此半導體功率整流器即使在450伏以上的高崩潰電壓下也可工作。
下面結合附圖和一個較佳實施例進一步說明本發(fā)明。
圖1是現(xiàn)在的半導體功率整流器的剖面圖。
圖2是一個硅基材與其上磊晶層界面處的電子顯微鏡圖，證實微缺陷的存在。
圖3是本發(fā)明所提出的一個半導體功率整流器實施例的剖面圖。
參見圖3所示的本發(fā)明所提出的一個半導體功率整流器實施例的剖面圖。本發(fā)明的半導體功率整流器包含一個n+型硅基材20，該硅基材20以CZ/FZ/NTD法形成，晶格方向為(111)，厚度為400+200μm，且在其中摻雜有銻(sb)/AS……，使其電阻系數(shù)為0.008-0.02Ω-cm，雜質(zhì)濃度為5*1020-1*1019cm-3；一個n+型第一磊晶層21，以磊晶的方式在所述n+型硅基材20上成長，此磊晶層的厚度為10μm，且在其中摻雜有磷(P)，使其電阻系數(shù)為0.01～6Ω-cm，雜質(zhì)濃度為5*1020-1*1019cm-3；一個n型磊晶層22，以磊晶成長的方式在所述n+型第一磊晶層21上形成，此磊晶層的厚度為25-150μm，且在此n型第二磊晶層22中并摻雜有V族元素(如碘、銻)，且其雜質(zhì)濃度較n+型硅基材20及n+型第一磊晶層21低，其電阻系數(shù)紅為6～100Ω-cm，雜質(zhì)濃度為5*1015-1*1013cm-3；一個P+型雜質(zhì)層24，此雜質(zhì)層的厚度為10～25μm，濃度為5*1015-1*1013cm-3，且由在所述n型第二磊晶層22之上的Ⅲ族元素(如硼)藉由熱擴散而形成。
在上述結構中，n型第二磊晶層22及P+型雜質(zhì)層24可提供整流所需的PN接面，由于第二磊晶層22雜質(zhì)濃度較低，因此大部分空乏區(qū)會出現(xiàn)在此磊晶層中。而位于n型第二磊晶層22及n+型硅基材20之間的n+型第一磊晶層21則作為一個隔絕層，可避免在n+型硅基材20上的微缺陷會影響到空乏區(qū)中，藉此結構，可避免電壓突降發(fā)生。
為了證實上述結構的效果，我們針對該結構與現(xiàn)有結構的半導體功率整流器對于450伏的崩潰電壓作量測。對于現(xiàn)有結構的半導體功率整流器而言，也即沒有上述第一磊晶層21，而其他成份相同的半導體功率整流器，加上450伏的崩潰電壓下，在電流值約為5-100μA時，就會發(fā)生電壓突降現(xiàn)象，此電流值則視磊晶品質(zhì)及元件質(zhì)量好壞而有所不同。而對于本發(fā)明的上述結構的半導體功率整流器而言，加上450伏的崩潰電壓后，即使電流加到1～10ma，也不會發(fā)生電壓突降。由此可看出加上隔絕層以防止N+型硅基材20的微缺陷影響到空乏區(qū)的展開，確實可以防止電壓突降現(xiàn)象，且在450伏以上電壓時，仍可耐到ma電流值范圍。
權利要求
1.一種改善高崩潰電壓的半導體功率整流器電壓突降的方法，其特征在于包括有下列步驟在一具有高濃度第一導電型的半導體基材上以磊晶方式形成一低濃度具有第二導電型的半導體磊晶層；在所述第二導電型半導體磊晶層，以熱擴散方式形成一高濃度第三導電型的半導體雜質(zhì)層；在所述第三導電型的半導體雜質(zhì)層下形成有一空乏區(qū)；以及在所述第一導電型基材及第二導電型磊晶層之間形成一個或以上高濃度的隔絕層。
2.如權利要求1所述的改善高崩潰電壓的半導體功率整流器電壓突降的方法，其特征在于其中所述半導體基材為硅基材。
3.如權利要求1所述的改善高崩潰電壓的半導體功率整流器電壓突降的方法，其特征在于其中所述第一導電型為P+型，且所述第二導電型為n型，以及第三導電型為P+型。
4.如權利要求1所述的改善高崩潰電壓的半導體功率整流器電壓突降的方法，其特征在于其中所述第一導電型為P+型，且所述第二導型為P型，以及第三導型為n+型。
5.如權利要求1所述的改善高崩潰電壓的半導體功率整流器電壓突降的方法，其特征在于其中所述隔絕層為P+或N+型的硅磊晶層，且其厚度大于1μm、電阻系數(shù)小于5.0Ω-cm。
6.如權利要求1所述的改善高崩潰電壓的半導體功率整流器電壓突降的方法，其特征在于其中所述高崩潰電壓為450伏以上。
全文摘要
本發(fā)明提供一種改善高崩潰電壓的半導體功率整流器電壓突降的方法，藉由在半導體基材及磊晶層之間設立隔絕層，即可使半導體基材上的晶格微缺陷不致影響到磊晶層，因此可以避免逆向電壓突降現(xiàn)象，進而使此半導體功率整流器即使在450伏以上的高崩潰電壓下也可工作。
文檔編號H01L29/66GK1237798SQ9810149
公開日1999年12月8日 申請日期1998年6月3日 優(yōu)先權日1998年6月3日
發(fā)明者張彥暉, 江國偉 申請人:旭興科技股份有限公司