快恢復二極管及其制造方法技術

本申請公開了快恢復二極管及其制造方法。所述快恢復二極管包括：陰極，所述陰極包括場截止層和與所述場截止層接觸的第一接觸區；陰極；位于所述陰極上的漂移區；位于所述漂移區上的緩沖層；位于所述緩沖層中的陽極；從所述陽極經由所述緩沖層延伸至所述漂移區的至少一個溝槽；位于所述至少一個溝槽側壁上的柵介質層；以及填充所述至少一個溝槽的柵導體層。該快恢復二極管采用緩沖層和從陽極經由緩沖層延伸至陰極的溝槽結構改善EMI兼容特性。

Fast recovery diode and method of manufacturing the same

The present invention discloses a fast recovery diode and a method of manufacturing the same. The fast recovery diode includes a cathode, the cathode includes a first contact area with the field stop layer and field stop layer contact; cathode; in the cathode buffer layer in the drift region; the drift region; in the anode buffer layer; from the anode via at least one groove of the buffer layer extends into the drift region; in the at least one groove on the side wall of the gate dielectric layer; and filling the at least one trench gate conductor layer. The fast recovery diode uses a buffer layer and a trench structure extending from the anode through the buffer layer to the cathode to improve the EMI compatible characteristics.

【技術實現步驟摘要】
快恢復二極管及其制造方法
本專利技術涉及功率半導體器件領域，更具體地，涉及快恢復二極管及其制造方法。
技術介紹
功率半導體器件亦稱為電力電子器件，包括功率二極管、晶閘管、VDMOS(垂直雙擴散金屬氧化物半導體)場效應晶體管、LDMOS(橫向擴散金屬氧化物半導體)場效應晶體管以及IGBT(絕緣柵雙極型晶體管)等。IGBT是由BJT(雙極型三極管)和FET(場效應晶體管)組成的復合全控型電壓驅動式功率半導體器件。二極管器件作為一種基礎的功率半導體器件，廣泛的應用于各種電路之后，特別是在逆變器，變頻器以及電機驅動領域，快恢復二極管器件通常與IGBT器件并聯使用，用于IGBT器件關斷時電流的續流。常規的快恢復二極管具有PIN結構，即包括P型區和N型區以及夾在二者之間的基區I。該基區的厚度很薄，使得反向恢復電荷很小，從而可以減小反向恢復時間Trr和正向電壓降。為了實現更快的反向恢復時間，快恢復二極管例如采用少子壽命控制技術，例如，在二極管體內擴散重金屬Au、Pt等元素作為復合中心，或采用電子或質子輻照等工藝在二極管體內制造出新的缺陷等方式來實現。然而，采用擴散和缺陷等工藝實現的快恢復二極管的反向恢復特性陡峭，從而對外圍電路的工作產生EMI干擾，使得系統的EMI兼容特性劣化。因此，期望進一步改進快恢復二極管的結構，以提高EMI兼容性。
技術實現思路
鑒于上述問題，本專利技術的目的在于提供一種采用緩沖層和從陽極經由緩沖層延伸至陰極的溝槽結構改善EMI兼容特性的快恢復二極管及其制造方法。根據本專利技術的一方面，提供一種快恢復二極管，包括：陰極，所述陰極包括場截止層和與所述場截止層接觸的第一接觸區；位于所述陰極上的漂移區；位于所述漂移區上的緩沖層；位于所述緩沖層中的陽極；從所述陽極經由所述緩沖層延伸至所述漂移區的至少一個溝槽；位于所述至少一個溝槽側壁上的柵介質層；以及填充所述至少一個溝槽的柵導體層，其中，所述第一接觸區、所述場截止層、所述漂移區和所述緩沖層分別摻雜成N型，所述陽極摻雜成P型。優選地，所述至少一個溝槽將所述緩沖層和所述陽極分別分成彼此隔開的多個部分，使得所述緩沖層至少位于所述陽極下方。優選地，所述緩沖層圍繞所述陽極。優選地，所述場截止層包括彼此相對的第一表面和第二表面，所述第一接觸區接觸所述第一表面，所述漂移區接觸所述第二表面。優選地，所述柵介質層包括位于所述至少一個溝槽側壁上的第一部分和在所述至少一個溝槽外部橫向延伸的第二部分，所述柵導體層包括填充所述至少一個溝槽的第一部分和在所述至少一個溝槽外部橫向延伸的第二部分，所述柵導體層的第二部分與所述陽極之間由所述柵介質層的第二部分隔開。優選地，所述至少一個溝槽沿著第一方向延伸，所述柵導體層和所述柵介質層各自的第二部分沿著第二方向延伸，所述第一方向和所述第二方向是所述快恢復二極管的主平面內彼此垂直的兩個方向。優選地，所述場截止層的摻雜濃度高于所述漂移區的摻雜濃度。優選地，還包括：第二接觸區，摻雜成P型并且位于所述陽極中，所述第二接觸區的摻雜濃度高于所述陽極的摻雜濃度；陽極電極，與所述第二接觸區接觸；以及陰極電極，與所述第一接觸區接觸。優選地，還包括：層間介質層，所述層間介質層隔開所述陽極電極和所述柵導體層，所述陽極電極位于所述層間介質層上方且經由所述層間介質層中的接觸孔到達所述第二接觸區。優選地，所述緩沖層的摻雜濃度比所述陽極的摻雜濃度低一個數量級。根據本專利技術的另一方面，提供一種用于快恢復二極管的制造方法，包括：在半導體襯底的第一表面上形成外延層，所述外延層作為漂移區；在所述外延層的上部形成緩沖層；形成從所述緩沖層的表面穿過所述緩沖層延伸至所述漂移區的至少一個溝槽；在所述至少一個溝槽側壁上形成柵介質層；在所述至少一個溝槽中填充柵導體層；在所述緩沖層中形成陽極；在所述半導體襯底中形成陰極，所述陰極包包括場截止層和與所述場截止層接觸的第一接觸區，其中，所述第一接觸區、所述場截止層、所述漂移區和所述緩沖層分別摻雜成N型，所述陽極摻雜成P型。優選地，所述場截止層包括彼此相對的第一表面和第二表面，所述第一接觸區接觸所述第一表面，所述漂移區接觸所述第二表面。優選地，所述至少一個溝槽將所述緩沖層和所述陽極分別分成彼此隔開的多個部分，使得所述緩沖層至少位于所述陽極下方。優選地，所述緩沖層圍繞所述陽極。優選地，形成陰極的步驟包括：從所述半導體襯底的第二表面對所述半導體襯底減薄，將減薄后的半導體襯底的一部分作為所述場截止層。優選地，還包括：在所述陽極中形成第二接觸區，所述第二接觸區摻雜成P型，并且所述第二接觸區的摻雜濃度高于所述陽極的摻雜濃度；在所述第二接觸區上形成陽極電極；以及在所述第一接觸區上形成陰極電極。優選地，還包括：在所述柵導體層上形成層間介質層，所述層間介質層隔開所述陽極電極和所述柵導體層；以及在所述層間介質層中形成接觸孔，其中，所述陽極電極位于所述層間介質層上方且經由所述層間介質層中的接觸孔到達所述第二接觸區。優選地，所述緩沖層的摻雜濃度比所述陽極的摻雜濃度低一個數量級。根據本專利技術實施例的快恢復二極管具有位于陽極和陰極之間的緩沖層，所述的緩沖層的摻雜濃度低于所述快恢復二極管的陽極摻雜濃度一個數量級，從而可以控制二極管器件在正向導通時陽極空穴電流的發射效率并提高快恢復二極管在反向關斷時對空穴電流的復合率，降低快恢復二極管的反向恢復時間。進一步地，從陽極經由緩沖層延伸至陰極的溝槽結構可以改善由于在本專利技術所述的二極管陽極下方設置緩沖層結構導致的擊穿電壓降低的問題。該快恢復二極管的反向恢復電壓曲線平緩，未出現尖峰，因此對外圍電路的EMI干擾減小，從而改善了EMI兼容特性。該快恢復二極管結構可以不使用少數載流子壽命控制技術，節約器件的加工成本。在優選的實施例中，通過研磨器件底部，保留一定厚度的半導體襯底作為場截止層后，利用離子注入在半導體襯底中形成N型的第一接觸區，可以減少從半導體襯底的底部注入的電子電荷，從而提高器件的開關速度。在優選的實施例中，利用縱向摻雜均勻的半導體襯底形成在縱向具有階梯狀摻雜的N型的場截止層，該場截止層可以改善二極管器件在關斷時的電壓變化率dV/dt，實現器件的軟恢復，提高器件的抗雪崩耐量。附圖說明通過以下參照附圖對本專利技術實施例的描述，本專利技術的上述以及其他目的、特征和優點將更為清楚，在附圖中：圖1示出根據本專利技術實施例的快恢復二極管的分解透視圖；圖2至7示出根據本專利技術實施例的半導體器件制造方法不同階段的截面圖，其中圖2a至7a分別示出第一截面的截面圖，圖2b至7b分別示出第二截面的截面圖；圖8a和8b分別示出根據現有技術的快恢復二極管在反向恢復時的電壓及電流波形圖；圖9a和9b分別示出根據本專利技術實施例的快恢復二極管在反向恢復時的電壓及電流波形圖。具體實施方式以下將參照附圖更詳細地描述本專利技術。在各個附圖中，相同的元件采用類似的附圖標記來表示。為了清楚起見，附圖中的各個部分沒有按比例繪制。此外，可能未示出某些公知的部分。為了簡明起見，可以在一幅圖中描述經過數個步驟后獲得的半導體結構。應當理解，在描述器件的結構時，當將一層、一個區域稱為位于另一層、另一個區域“上面”或“上方”時，可以指直接位于另一層、另一個區域上面，或者在其與另一層、另一個區域之間還包含其它的層本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種快恢復二極管，包括：陰極，所述陰極包括場截止層和與所述場截止層接觸的第一接觸區；位于所述陰極上的漂移區；位于所述漂移區上的緩沖層；位于所述緩沖層中的陽極；從所述陽極經由所述緩沖層延伸至所述漂移區的至少一個溝槽；位于所述至少一個溝槽側壁上的柵介質層；以及填充所述至少一個溝槽的柵導體層，其中，所述第一接觸區、所述場截止層、所述漂移區和所述緩沖層分別摻雜成N型，所述陽極摻雜成P型。

【技術特征摘要】
1.一種快恢復二極管，包括：陰極，所述陰極包括場截止層和與所述場截止層接觸的第一接觸區；位于所述陰極上的漂移區；位于所述漂移區上的緩沖層；位于所述緩沖層中的陽極；從所述陽極經由所述緩沖層延伸至所述漂移區的至少一個溝槽；位于所述至少一個溝槽側壁上的柵介質層；以及填充所述至少一個溝槽的柵導體層，其中，所述第一接觸區、所述場截止層、所述漂移區和所述緩沖層分別摻雜成N型，所述陽極摻雜成P型。2.根據權利要求1所述的快恢復二極管，其中，所述至少一個溝槽將所述緩沖層和所述陽極分別分成彼此隔開的多個部分，使得所述緩沖層至少位于所述陽極下方。3.根據權利要求2所述的快恢復二極管，其中，所述緩沖層圍繞所述陽極。4.根據權利要求1所述的快恢復二極管，其中，所述場截止層包括彼此相對的第一表面和第二表面，所述第一接觸區接觸所述第一表面，所述漂移區接觸所述第二表面。5.根據權利要求1所述的快恢復二極管，其中，所述柵介質層包括位于所述至少一個溝槽側壁上的第一部分和在所述至少一個溝槽外部橫向延伸的第二部分，所述柵導體層包括填充所述至少一個溝槽的第一部分和在所述至少一個溝槽外部橫向延伸的第二部分，所述柵導體層的第二部分與所述陽極之間由所述柵介質層的第二部分隔開。6.根據權利要求5所述的快恢復二極管，其中，所述至少一個溝槽沿著第一方向延伸，所述柵導體層和所述柵介質層各自的第二部分沿著第二方向延伸，所述第一方向和所述第二方向是所述快恢復二極管的主平面內彼此垂直的兩個方向。7.根據權利要求1所述的快恢復二極管，其中，所述場截止層的摻雜濃度高于所述漂移區的摻雜濃度。8.根據權利要求1所述的快恢復二極管，還包括：第二接觸區，摻雜成P型并且位于所述陽極中，所述第二接觸區的摻雜濃度高于所述陽極的摻雜濃度；陽極電極，與所述第二接觸區接觸；以及陰極電極，與所述第一接觸區接觸。9.根據權利要求8所述的快恢復二極管，還包括：層間介質層，所述層間介質層隔開所述陽極電極和所述柵導體層，所述陽極電極位于所述層間介質層...

【專利技術屬性】
技術研發人員：顧悅吉，黃示，韓健，陳琛，
申請(專利權)人：杭州士蘭集成電路有限公司，
類型：發明
國別省市：浙江,33