一種新型二極管器件的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種新型二極管器件結(jié)構(gòu)；本發(fā)明的二極管器件結(jié)構(gòu)由溝道和漂移區(qū)構(gòu)成；當(dāng)二極管器件接反向偏壓時，溝道兩邊的摻雜區(qū)形成的夾斷勢壘和肖特基勢壘共同阻斷反向電流；當(dāng)二極管器件接正向偏壓時，溝道內(nèi)的勢壘和肖特基勢壘被同時降低，允許電流通過，可調(diào)的溝道參數(shù)和肖特基勢壘高度實現(xiàn)了相對低的開啟電壓；本發(fā)明適用于所有半導(dǎo)體材料的垂直結(jié)構(gòu)二極管器件。
【專利說明】一種新型二極管器件
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電力電子【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及幾乎所有應(yīng)用場合下的電氣設(shè)備，包括交流電機(jī)、變頻器、開關(guān)電源、牽引傳動等領(lǐng)域的一種新型二極管器件。
【背景技術(shù)】
[0002]作為重要的功率半導(dǎo)體器件，二極管器件主要包括基于PN結(jié)勢壘和肖特基勢壘兩種。PN結(jié)勢壘具有相對較高的勢壘高度，反向泄漏電流低，但正向?qū)▔航灯撸瑫r存在反向恢復(fù)電流的問題；而肖特基勢壘具有良好的正向特性，不存在反向恢復(fù)電流的問題，但是在承受高的反向電場時，會受到勢壘變低和隧穿效應(yīng)的影響，導(dǎo)致反向泄露電流大大增加，對器件長期工作的可靠性產(chǎn)生了影響。如何同時優(yōu)化并且平衡二極管器件的正反向特性是半導(dǎo)體器件設(shè)計的重要課題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明提出了新的二極管結(jié)構(gòu)，適用于所有半導(dǎo)體材料的二極管器件。相對于僅依靠肖特基勢壘或者直接PN結(jié)勢壘的二極管，本發(fā)明提出的二極管結(jié)構(gòu)具有以下特點(diǎn):
[0004]1.相對降低的泄漏電流。通過調(diào)節(jié)溝道摻雜和寬度，可以將反向泄漏電流明顯降低。
[0005]2.可以調(diào)節(jié)的正向開啟電壓。隨著溝道寬度和摻雜的改變，開啟電壓可以得到調(diào)節(jié)并大大降低。
[0006]3.良好的反向恢復(fù)特性。正向?qū)l件下為單極性工作，電流主要通過溝道流過，無明顯少子注入現(xiàn)象，因此具有和傳統(tǒng)肖特基二極管一樣的無反向恢復(fù)電流的特點(diǎn)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0007]圖1是發(fā)明基于摻雜直接注入的結(jié)構(gòu)截面圖；
[0008]圖2是發(fā)明基于溝槽型P摻雜的結(jié)構(gòu)截面圖；
[0009]圖3是發(fā)明基于僅垂直摻雜的溝槽結(jié)構(gòu)截面圖；
[0010]圖4是發(fā)明基于傾斜型溝道的結(jié)構(gòu)截面圖；
[0011]圖5是發(fā)明基于水平溝道的結(jié)構(gòu)截面圖；
[0012]圖6是與圖1結(jié)構(gòu)相對應(yīng)的P型二極管例子的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0013]圖7是與圖1結(jié)構(gòu)相對應(yīng)的溝道摻雜不包含整個溝道的示意圖。
[0014]其中，
[0015]1、溝道，第一半導(dǎo)體類型；
[0016]2、重?fù)诫s區(qū)，第二半導(dǎo)體類型；
[0017]3、漂移區(qū)，第一半導(dǎo)體類型；
[0018]4、電場截止層,第一半導(dǎo)體類型；
[0019]5、襯底，第一半導(dǎo)體類型；[0020]6、肖特基接觸界面；
[0021]7、陽極金屬；
[0022]8、陰極金屬；
[0023]9、橫向溝道表明摻雜區(qū)，第二半導(dǎo)體類型；
[0024]10、肖特基金屬。
具體實施方案
[0025]實施例1
[0026]圖1為本發(fā)明的一種新型二極管器件的結(jié)構(gòu)截面圖，結(jié)合圖1予以詳細(xì)說明。
[0027]如圖1所示，一種新型結(jié)構(gòu)的二極管器件，包括:襯底5，其上方為漂移區(qū)3 ;可以選擇是否在襯底層上方增加電場截止層4 ;導(dǎo)電溝道I位于漂移區(qū)3的上方，并處在兩塊相鄰的重?fù)诫s區(qū)2之間；陽極金屬7位于器件最上方表面，與重?fù)诫s區(qū)2實現(xiàn)歐姆接觸；在溝道I上方與肖特基金屬10接觸形成肖特基接觸界面6，肖特基金屬10和陽極金屬7進(jìn)一步互連，并引出作為器件電極；陰極金屬8位于器件結(jié)構(gòu)的最下方，與襯底5相連，引出電極。
[0028]在本例中，第一半導(dǎo)體類型為N型半導(dǎo)體導(dǎo)電材料，第二半導(dǎo)體類型為P型半導(dǎo)體材料，因此構(gòu)成N型二極管；其一種可能的制造工藝包括如下步驟:
[0029]第一步，根據(jù)是否需要電場截止層4，決定在N型襯底5上方是否先生長產(chǎn)生形成截止層4 ;(可選)
[0030]第二步，繼續(xù)向上外延生長分別獲得漂移區(qū)3，和對應(yīng)對于溝道濃度和長度的N型外延；
[0031]第三步，直接在N型外延表面利用離子注入或擴(kuò)散方式或其他方式在指定位置摻入P型摻雜形成P型重?fù)诫s區(qū)2，同時獲得夾在P型摻雜區(qū)之間的溝道I ;
[0032]第四步，在溝道I表面淀積指定的肖特基金屬10，獲得肖特基接觸界面6 ;
[0033]第五步，分別在器件上下表面淀積金屬，形成歐姆接觸，得到陽極金屬7和陰極金屬8，并引出電極，如圖1所示。
[0034]實施例2
[0035]圖2為本發(fā)明的一種新型二極管器件的結(jié)構(gòu)截面圖，結(jié)合圖2予以詳細(xì)說明。
[0036]如圖2所示，一種新型結(jié)構(gòu)的二極管器件，包括:襯底5，其上方為漂移區(qū)3 ;可以選擇是否在襯底層上方增加電場截止層4 ;導(dǎo)電溝道I位于漂移區(qū)3的上方，并處在兩塊相鄰的重?fù)诫s區(qū)2之間；陽極金屬7位于器件重?fù)诫s區(qū)2上方的溝槽內(nèi)，與肖特基金屬10互連，并為器件引出電極；在溝道I和肖特基金屬10之間為肖特基接觸界面6 ;陰極金屬8位于器件結(jié)構(gòu)的最下方，與襯底5相連,引出電極。
[0037]在本例中，第一半導(dǎo)體類型為N型半導(dǎo)體導(dǎo)電材料，第二半導(dǎo)體類型為P型半導(dǎo)體材料，因此構(gòu)成N型二極管；其一種可能的制造工藝包括如下步驟:
[0038]第一步，根據(jù)是否需要電場截止層4，決定在N型襯底5上方是否先生長產(chǎn)生形成截止層4 ;(可選)
[0039]第二步，繼續(xù)向上外延生長分別獲得漂移區(qū)3，和對應(yīng)對于溝道濃度和長度的N型外延；
[0040]第三步，在N型外延表面指定位置進(jìn)行刻蝕，獲得用于摻雜注入的溝槽；[0041]第四步，在獲得的溝槽內(nèi)進(jìn)行側(cè)向和垂直的P型摻雜注入，形成P型重?fù)诫s區(qū)2，同時獲得夾在P型摻雜區(qū)之間的溝道I ;
[0042]第五步，在溝道I的上表面淀積指定的肖特基金屬10，或的肖特基接觸界面6 ；
[0043]第六步，在器件上表面和溝槽內(nèi)淀積金屬，形成歐姆接觸，得到陽極金屬7 ;在器件下表面做歐姆接觸產(chǎn)生陰極金屬8，并引出電極，如圖2所示。
[0044]圖3是本發(fā)明的一種新型二極管器件的結(jié)構(gòu)截面圖，其結(jié)構(gòu)在圖2的基礎(chǔ)上，在溝槽中不進(jìn)行側(cè)向注入，僅進(jìn)行垂直注入來形成P摻雜區(qū)2和溝道I。
[0045]圖4是本發(fā)明的一種新型二極管器件的結(jié)構(gòu)截面圖，其結(jié)構(gòu)在圖2的基礎(chǔ)上，在刻蝕步驟中采用傾斜型刻蝕的方式，從而得到傾斜的溝道I。
[0046]實施例3
[0047]圖5為本發(fā)明的一種新型二極管器件的結(jié)構(gòu)截面圖，結(jié)合圖5予以詳細(xì)說明。
[0048]如圖5所示，一種新型結(jié)構(gòu)的二極管器件，包括:襯底5，其上方為漂移區(qū)3 ;可以選擇是否在襯底層上方增加電場截止層4 ;導(dǎo)電溝道I與漂移區(qū)3相連，并處在上下相鄰的重?fù)诫s區(qū)2和表面重?fù)诫s區(qū)9之間；陽極金屬7位于器件最上方表面，分別與表面摻雜區(qū)9、重?fù)诫s區(qū)2連接，同時與肖特基金屬10互連，并為器件引出電極；溝道I終端和肖特基金屬10接觸形成肖特基接觸界面6 ;陰極金屬8位于器件結(jié)構(gòu)的最下方，與襯底5相連，引出電極。
[0049]在本例中，第一半導(dǎo)體類型為N型半導(dǎo)體導(dǎo)電材料，第二半導(dǎo)體類型為P型半導(dǎo)體材料，因此構(gòu)成N型二極管；其一種可能的制造工藝包括如下步驟:
[0050]第一步，根據(jù)是否需要電場截止層4，決定在N型襯底5上方是否先生長產(chǎn)生形成截止層4 ;(可選)
[0051]第二步，繼續(xù)向上外延生長分別獲得漂移區(qū)3，在其表面做P型摻雜，得到重?fù)诫s區(qū)2 ；
[0052]第三步，按照溝道的濃度和寬度設(shè)計，繼續(xù)向上生長得到N型外延；
[0053]第四步，在器件上表面利用離子注入或擴(kuò)散方式或其他方式在指定位置摻入P型摻雜形成表面重?fù)诫s區(qū)9，從而獲得夾在摻雜區(qū)2和摻雜區(qū)9之間的溝道I ;
[0054]第五步，在溝道I兩邊對應(yīng)的器件表面采用離子注入或擴(kuò)散方式或其他方式繼續(xù)摻入高濃度的P型摻雜,從而露出重?fù)诫s區(qū)2 ；
[0055]第六步，在溝道終端表面淀積指定的肖特基金屬10，形成肖特基接觸界面6 ；
[0056]第七步，分別在器件上下表面淀積金屬，形成歐姆接觸，得到陽極金屬7和陰極金屬8，并引出電極，如圖5所示。
[0057]實施例4
[0058]上述圖1至圖5所展示的為N型二極管的結(jié)構(gòu)截面圖，其分別對應(yīng)一種相應(yīng)的P型二極管結(jié)構(gòu)。此時第一半導(dǎo)體類型為P型半導(dǎo)體導(dǎo)電材料，第二半導(dǎo)體類型為N型半導(dǎo)體導(dǎo)電材料，并相應(yīng)改變肖特基金屬10的勢壘，同時將陽極金屬和陰極金屬的位置調(diào)換，即可獲得對應(yīng)的P型二極管，以圖1所示的第一種二極管結(jié)構(gòu)為例予以說明。
[0059]圖6為本發(fā)明的一種新型二極管器件的結(jié)構(gòu)截面圖，其結(jié)構(gòu)與圖1所展示的N型二極管結(jié)構(gòu)相對應(yīng)，結(jié)合圖6予以詳細(xì)說明。
[0060]如圖6所示，一種新型結(jié)構(gòu)的二極管器件，包括:襯底5，其上方為漂移區(qū)3 ;可以選擇是否在襯底層上方增加電場截止層4 ;導(dǎo)電溝道I位于漂移區(qū)3的上方，并處在兩塊相鄰的重?fù)诫s區(qū)2之間；陰極金屬8位于器件最上方表面，與重?fù)诫s區(qū)2實現(xiàn)歐姆接觸；在溝道I上方和肖特基金屬10接觸形成肖特基界面6，肖特基金屬10和陽極金屬7進(jìn)一步互連，并引出電極；陽極金屬7位于器件結(jié)構(gòu)的最下方，與襯底5相連，引出電極。
[0061 ] 在本例中，第一半導(dǎo)體類型為P型半導(dǎo)體導(dǎo)電材料，第二半導(dǎo)體類型為N型半導(dǎo)體材料，因此構(gòu)成P型二極管；其一種可能的制造工藝包括如下步驟:
[0062]第一步，根據(jù)是否需要電場截止層4，決定在P型襯底5上方是否先生長產(chǎn)生形成截止層4 ;(可選)
[0063]第二步，繼續(xù)向上外延生長分別獲得漂移區(qū)3，和對應(yīng)對于溝道濃度和長度的P型外延；
[0064]第三步，直接在器件上表面利用離子注入或擴(kuò)散方式或其他方式在指定位置摻入N型摻雜形成N型重?fù)诫s區(qū)2，同時獲得夾在N型摻雜區(qū)2之間的溝道I ;
[0065]第四步，在溝道I表面淀積指定的肖特基金屬10，從而得到肖特基接觸界面6 ；
[0066]第五步，分別在器件上下表面淀積金屬，分布形成歐姆接觸，得到陰極金屬8和陽極金屬7，并引出電極，如圖6所示。
[0067]圖2至圖5同理對應(yīng)各自的P型二極管結(jié)構(gòu)，不做贅述。
[0068]如上所述的所有結(jié)構(gòu)中，溝道摻雜的范圍均包含了整個溝道，與此相對應(yīng)的情況為，溝道摻雜不包含整個溝道:以圖1所示的結(jié)構(gòu)為例，與其相對應(yīng)的器件結(jié)構(gòu)如圖7所示，其他結(jié)構(gòu)也分別各自對應(yīng)與此相似的結(jié)構(gòu)。
[0069]通過上述實例闡述了本發(fā)明，同時也可以采用其他實例予以實現(xiàn)，本發(fā)明不局限于上述具體實例，因此由所附權(quán)利要求范圍限定。
【權(quán)利要求】
1.一種新型二極管器件結(jié)構(gòu)，其特征在于:包括: 溝道，由鄰近的相應(yīng)類型的摻雜區(qū)構(gòu)成，同時形成所需的勢壘高度，并通過肖特基接觸形成二極管一端； 漂移區(qū)，由半導(dǎo)體材料構(gòu)成，與溝道相連，并通過襯底和歐姆接觸獲得二極管另一端。
2.如權(quán)利要求1所述的二極管器件，其特征在于:所述二極管器件可以采用任意半導(dǎo)體材料，包括硅、碳化硅、氮化鎵、金剛石等等。
3.如權(quán)利要求1所述的二極管器件，其特征在于:所述二極管器件可以為P型二極管或N型二極管。
4.如權(quán)利要求1所述的二極管器件，其特征在于:所述的半導(dǎo)體溝道，可以為垂直型、橫向型、傾斜型結(jié)構(gòu)，其中的摻雜可以為一致性摻雜和非一致性摻雜。
5.如權(quán)利要求1所述的二極管器件，其特征在于:所述的半導(dǎo)體漂移區(qū)，可以包含或不包含電場截止層；
6.如權(quán)利要求1所述的二極管器件，其特征在于:所述的半導(dǎo)體溝道的摻雜，可以包含整個溝道，也可以不包含整個溝道。
【文檔編號】H01L29/06GK103579365SQ201210259572
【公開日】2014年2月12日 申請日期:2012年7月24日 優(yōu)先權(quán)日:2012年7月24日
【發(fā)明者】王玨, 何敏 申請人:杭州恩能科技有限公司