一種新型高電流密度快恢復(fù)二極管結(jié)構(gòu)及其制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種新型高電流密度快恢復(fù)二極管結(jié)構(gòu)其制作方法，屬于功率半導(dǎo)體 器件技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 快恢復(fù)二極管由于具有開關(guān)性能好、反向恢復(fù)時(shí)間短、正向電流大、反向耐壓高、 體積小、安裝簡便等優(yōu)點(diǎn)，廣泛地應(yīng)用于脈寬調(diào)制器、開關(guān)電源、不間斷電源等裝置中，作高 頻、高壓、大電流整流、續(xù)流及保護(hù)用，已成為應(yīng)用裝置中不可或缺的組成部分。
[0003] 功率半導(dǎo)體器件的研宄和發(fā)展，使得快恢復(fù)二極管向著大容量、高頻、高效、高可 靠性及更低成本的方向不斷發(fā)展。
[0004] 在快恢復(fù)二極管的制造中，減小反向恢復(fù)時(shí)間的方法是在器件內(nèi)部引入復(fù)合中 心。目前廣泛使用的技術(shù)手段為輕離子輻照和貴金屬摻雜。貴金屬摻雜是通過向器件中摻 雜金、鉑等重金屬雜質(zhì)作為復(fù)合中心，減小少子壽命，以達(dá)到縮小反向恢復(fù)時(shí)間的目的。
[0005] 資料顯示現(xiàn)有常規(guī)快恢復(fù)二極管大都采用平面結(jié)工藝制作，此種器件電流密度有 限，在相同結(jié)面積下大大限制了其電流容納能力。采用輕離子輻照技術(shù)產(chǎn)生的主缺陷能級 匕為Et= E c-0. 42eV，靠近硅材料禁帶中央，器件反向偏置時(shí)漏電較大，式中Ec導(dǎo)帶能級。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明解決的技術(shù)問題為：克服現(xiàn)有技術(shù)不足，提供一種新型高電流密度快恢復(fù) 二極管結(jié)構(gòu)及其制作方法，通過芯片正面挖槽，然后淀積摻硼多晶硅推結(jié)形成器件陽極區(qū) 方案，形成帶槽陽極區(qū)，有效解決了常規(guī)平面結(jié)結(jié)構(gòu)電流密度有限的問題，提高器件的電流 密度。
[0007] 本發(fā)明解決的技術(shù)方案為：一種新型高電流密度快恢復(fù)二極管結(jié)構(gòu)，包括N型襯 底、場環(huán)終端結(jié)構(gòu)、和鈍化層，該場環(huán)終端結(jié)構(gòu)位于襯底的邊緣內(nèi)側(cè)，鈍化層覆蓋在場環(huán)終 端結(jié)構(gòu)上，N型襯底的正面挖有多個(gè)溝槽，多個(gè)溝槽之間有一定間距，將摻硼多晶硅淀積回 填凹槽，使摻硼多晶硅覆蓋于有源區(qū)表面，退火推結(jié)形成帶槽陽極區(qū)，即有源區(qū)；通過在N 型襯底的背面進(jìn)行鉑淀積退火擴(kuò)散工藝，使鉑離子均勻分布于襯底中。
[0008] 所述場環(huán)終端結(jié)構(gòu)包括多個(gè)場環(huán)和截止環(huán)，截止環(huán)中套有多個(gè)場環(huán)，且多個(gè)場環(huán) 間有一定間距，截止環(huán)最靠近N型襯底的邊緣。
[0009] 所述的多個(gè)溝槽溝為長條形，槽深為1~20 μ m、槽寬為2~10 μ m。
[0010] 所述的多個(gè)溝槽之間的間距為小于兩倍耗盡區(qū)寬度。
[0011] 所述的有源區(qū)表面覆蓋的摻硼多晶硅的厚度為3~5 μπι。
[0012] -種新型高電流密度快恢復(fù)二極管結(jié)構(gòu)的制作方法，包括步驟如下：
[0013] (1)在N型芯片正面，通過干法刻蝕的方法挖多個(gè)溝槽；
[0014] (2)將摻硼多晶硅淀積回填在步驟（1)的多個(gè)溝槽后，高溫推結(jié)形成器件陽極區(qū)， 即有源區(qū)；
[0015] (3)在步驟（1)的N型芯片的邊緣設(shè)置場環(huán)終端結(jié)構(gòu)，該場環(huán)終端結(jié)構(gòu)包括多個(gè)場 環(huán)和截止環(huán)，截止環(huán)中套有多個(gè)場環(huán)，且多個(gè)場環(huán)間有一定間距，截止環(huán)最靠近N型襯底的 邊緣；
[0016] (4)在步驟（3)的場環(huán)終端結(jié)構(gòu)上，通過離子增強(qiáng)型化學(xué)氣相淀積PECVD制作鈍化 層。
[0017] 所述步驟（1)的挖溝槽深度為2-20 μπκ槽寬為2-10 μπκ槽間距為小于兩倍耗盡 區(qū)寬度（耗盡區(qū)為，向該二極管加反向偏壓時(shí)，在PN結(jié)出空間電荷被耗盡，產(chǎn)生耗盡區(qū)，由 于N型襯底摻雜濃度較低，耗盡主要在N型襯底展開）。
[0018] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點(diǎn)在于：
[0019] (1)本發(fā)明通過芯片挖槽技術(shù)結(jié)合摻硼多晶硅淀積形成帶槽陽極區(qū)，和現(xiàn)有技術(shù) 比在相同芯片的前提下有效增大器件結(jié)面積，提高器件電流密度，增加器件電流容量。
[0020] (2)本發(fā)明通過重?fù)诫s多晶硅推結(jié)，可與N型襯底形成良好的歐姆接觸，與現(xiàn)有技 術(shù)相比可有效提高器件可靠性。
[0021] (3)本發(fā)明通過背面真空蒸鉑后退火引入符合中心，形成器件壽命控制，與現(xiàn)有輻 照壽命控釋相比能夠有效降低器件漏電。
[0022] (4)本發(fā)明可用于大電流、快恢復(fù)二極管的生產(chǎn)，屬于功率半導(dǎo)體器件領(lǐng)域。其技 術(shù)特點(diǎn)：采用挖槽技術(shù)，在芯片正面有源區(qū)處挖槽，槽間距依器件性能參數(shù)做相應(yīng)調(diào)整，然 后用摻硼多晶硅淀積，推結(jié)形成器件帶槽陽極區(qū)；對單晶片背面采用真空蒸鉑后退火方法， 引入符合中心獲得較好的快恢復(fù)特性；終端區(qū)域與常規(guī)器件一致，采用場環(huán)結(jié)構(gòu)。
[0023] (5)本發(fā)明和現(xiàn)有技術(shù)相比，采用本發(fā)明在單位芯片面積內(nèi)可顯著提高器件電流 密度，增加器件電流容量；相同電流指標(biāo)器件，可有效減小器件有源區(qū)面積，提高圓片利用 率，增加經(jīng)濟(jì)效益；重?fù)诫s的多晶硅可與N型芯片形成歐姆接觸，提高器件可靠性。
【附圖說明】
[0024] 圖1為本發(fā)明的芯片正面挖槽剖面圖；
[0025] 圖2為本發(fā)明的陽極區(qū)多晶硅回填圖；
[0026] 圖3為本發(fā)明的器件截面圖；
[0027] 圖4為本發(fā)明的器件正面俯視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0028] 本發(fā)明的基本思路為：提供一種新型高電流密度快恢復(fù)二極管結(jié)構(gòu)，針對現(xiàn)有常 規(guī)平面結(jié)器件電流密度相對較小、器件電流容量偏低的問題，通過挖槽技術(shù)結(jié)合摻硼多晶 硅淀積形成帶槽陽極區(qū)，與常規(guī)平面結(jié)構(gòu)相比可顯著增大陽極有源區(qū)結(jié)面積，提高器件的 電流密度，相同電流下節(jié)省芯片面積提高經(jīng)濟(jì)效益。重?fù)诫s多晶硅可與N型襯底形成良好 的歐姆接觸，提高器件可靠性。
[0029] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)描述。
[0030] 如圖1和圖4所示，一種新型高電流密度快恢復(fù)二極管結(jié)構(gòu)，包括（I)N型襯底、 (3)場環(huán)終端結(jié)構(gòu)和（4)鈍化層，該場環(huán)終端結(jié)構(gòu)位于襯底的邊緣內(nèi)側(cè)，鈍化層覆蓋在場環(huán) 終端結(jié)構(gòu)上，N型襯底的正面挖有多個(gè)溝槽，多個(gè)溝槽之間有一定間距，將（2)摻硼多晶硅 淀積回填凹槽，使摻硼多晶硅覆蓋于有源區(qū)表面，退火推結(jié)形成帶槽陽極區(qū)，即有源區(qū)，如 圖3所示；通過在N型襯底的背面進(jìn)行鉑淀積退火擴(kuò)散工藝，使鉑離子均勻分布于襯底中。 所述場環(huán)終端結(jié)構(gòu)包括多個(gè)場環(huán)和（5)截止環(huán)，截止環(huán)中套有多個(gè)場環(huán)，且多個(gè)場環(huán)間有 一定間距，截止環(huán)最靠近N型襯底的邊緣。
[0031] 所述的多個(gè)溝槽溝為長條形，槽深為1~20 μ m、槽寬為2~10 μ m。
[0032] 所述的多個(gè)溝槽之間的間距為小于兩倍耗盡區(qū)寬度。
[0033] 所述的有源區(qū)表面覆蓋的摻硼多晶硅的厚度為3~5 μπι。
[0034] -種新型高電流密度快恢復(fù)二極管結(jié)構(gòu)的制作方法，包括步驟如下：
[0035] (1)在N型芯片正面，通過干法刻蝕的方法挖多個(gè)溝槽；如圖1所示，多個(gè)溝槽為 長條形，槽深為1~20 μπκ槽寬為2~10 μπι。多個(gè)溝槽之間的間距為小于兩倍耗盡區(qū)寬 度。
[0036] 槽寬一定時(shí)適當(dāng)增加槽深深度，可有效增大器件有源區(qū)面積，提高器件電流密度。 但槽深與槽寬選擇為一個(gè)折中關(guān)系，槽深增加挖槽的深寬比將增大，刻蝕挖槽隨深寬比的 增大而越來越困難，如下表所示。所以本專利中深寬比設(shè)定為小于10 :1，槽寬為2μπι時(shí)， 挖槽深度最大為20 μ m。
[0037]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種新型高電流密度快恢復(fù)二極管結(jié)構(gòu)，其特征在于：包括N型襯底、場環(huán)終端結(jié)構(gòu) 和鈍化層，該場環(huán)終端結(jié)構(gòu)位于襯底的邊緣內(nèi)側(cè)，鈍化層覆蓋在場環(huán)終端結(jié)構(gòu)上，N型襯底 的正面挖有多個(gè)溝槽，多個(gè)溝槽之間有一定間距，將摻硼多晶硅淀積回填凹槽，使摻硼多晶 硅覆蓋于有源區(qū)表面，退火推結(jié)形成帶槽陽極區(qū)，即有源區(qū)，帶槽陽極區(qū)和N型襯底交界處 形成PN結(jié)；通過在N型襯底的背面進(jìn)行真空蒸鉑退火擴(kuò)散工藝，使鉑離子均勻分布于襯底 中。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新型高電流密度快恢復(fù)二極管結(jié)構(gòu)，其特征在于：所述 場環(huán)終端結(jié)構(gòu)包括多個(gè)場環(huán)和截止環(huán)，截止環(huán)中套有多個(gè)場環(huán)，且多個(gè)場環(huán)間有一定間距， 截止環(huán)最靠近N型襯底的邊緣。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新型高電流密度快恢復(fù)二極管結(jié)構(gòu)，其特征在于：所述 的多個(gè)溝槽溝為長條形，槽深為1~20ym、槽寬為2~10ym。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新型高電流密度快恢復(fù)二極管結(jié)構(gòu)，其特征在于：所述 的多個(gè)溝槽之間的間距為小于兩倍耗盡層厚度。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新型高電流密度快恢復(fù)二極管結(jié)構(gòu)，其特征在于：所述 的有源區(qū)表面覆蓋的摻硼多晶硅的厚度為3~5ym。
6. -種新型高電流密度快恢復(fù)二極管結(jié)構(gòu)的制作方法，其特征在于包括步驟如下： (1) 在N型芯片正面，通過干法刻蝕的方法挖多個(gè)溝槽； (2) 將摻硼多晶硅淀積回填在步驟（1)的多個(gè)溝槽后，高溫推結(jié)形成器件陽極區(qū)，即有 源區(qū)； (3) 在步驟（1)的N型芯片的邊緣設(shè)置場環(huán)終端結(jié)構(gòu)，該場環(huán)終端結(jié)構(gòu)包括多個(gè)場環(huán) 和截止環(huán)，截止環(huán)中套有多個(gè)場環(huán)，且多個(gè)場環(huán)間有一定間距，截止環(huán)最靠近N型襯底的邊 緣； (4) 在步驟（3)的場環(huán)終端結(jié)構(gòu)上，通過等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相淀積PECVD制作鈍化層。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種新型高電流密度快恢復(fù)二極管結(jié)構(gòu)的制作方法，其特征 在于：所述步驟（1)的挖溝槽深度為2~20ym、寬度為2~10ym、多個(gè)溝槽之間的間距為 小于兩倍耗盡區(qū)寬度，耗盡區(qū)為向該二極管加反向偏壓時(shí)，在PN結(jié)出空間電荷被耗盡，產(chǎn) 生耗盡區(qū)，由于N型襯底摻雜濃度較低，耗盡主要在N型襯底展開。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種新型高電流密度快恢復(fù)二極管結(jié)構(gòu)及其制作方法，可用于大電流、快恢復(fù)二極管的生產(chǎn)，屬于功率半導(dǎo)體器件領(lǐng)域。其技術(shù)特點(diǎn)：采用挖槽技術(shù)，在芯片正面有源區(qū)處挖槽，槽間距依器件性能參數(shù)做相應(yīng)調(diào)整，然后用摻硼多晶硅淀積，推結(jié)形成器件帶槽陽極區(qū)；對單晶片背面采用真空蒸鉑后退火方法，引入符合中心獲得較好的快恢復(fù)特性；終端區(qū)域與常規(guī)器件一致，采用場環(huán)結(jié)構(gòu)。和現(xiàn)有技術(shù)相比，采用本發(fā)明在單位芯片面積內(nèi)可顯著提高器件電流密度，增加器件電流容量；相同電流指標(biāo)器件，可有效減小器件有源區(qū)面積，提高圓片利用率，增加經(jīng)濟(jì)效益；重?fù)诫s的多晶硅可與N型芯片形成歐姆接觸，提高器件可靠性。
【IPC分類】H01L29-861, H01L21-329, H01L29-06
【公開號】CN104795450
【申請?zhí)枴緾N201510121901
【發(fā)明人】姚全斌, 趙元富, 吳立成, 王傳敏, 殷麗, 王成杰, 趙昕, 張文敏, 馮幼明
【申請人】北京時(shí)代民芯科技有限公司, 北京微電子技術(shù)研究所
【公開日】2015年7月22日
【申請日】2015年3月19日