一種快恢復二極管及其制造方法技術

本發明專利技術涉及一種快恢復二極管器件，還涉及一種快恢復二極管器件的制造方法；本發明專利技術將溝槽結構加入到傳統侵入PN結的肖特基勢壘的整流器(MPS)結構中，本發明專利技術的一種快恢復二極管器件與傳統MPS器件相比具有更低正向壓降和更高的電流密度。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術主要涉及到一種快恢復ニ極管器件的結構和制作エ藝，尤其涉及ー種新型的具有低正向壓降的溝槽結構侵入PN結的肖特基快恢復ニ極管器件的結構和制作エ藝。
技術介紹
具有溝槽結構的半導體器件，已成為器件發展的重要趨勢。對于功率半導體器件，不斷降低導通壓降或不斷提高電流密度的要求成為器件發展的重要趨勢。結勢壘型肖特基整流器的專利技術人B J Baliga提出了ー種侵入PN結的肖特基勢壘整流器(MPS)，如圖I所示，器件的表面含有多個P型導電材料區103，在P型導電材料區之間半導體材料表面為肖特基勢壘結104。當器件加反向偏壓時，多個P型導電材料區103產生的耗盡層在肖特基勢壘結4下發生交疊，從而減緩了肖特基勢壘結4區域電場強度隨反 向偏壓增加而增加的趨勢。其制造方法包括如下步驟第一歩，準備高濃度雜質摻雜的N型襯底層101上具有輕濃度雜質摻雜的N型漂移層102的硅片；第二步，進行熱處理，在硅片表面生長氧化層105 ;第三步，進行一次光刻腐蝕，在硅片表面去除多個區域的氧化層;第四步，在多個裸露硅區域進行硼擴散，從而形成P型導電材料區103、保護環106和分壓環107 ;第五歩，二次光刻腐蝕，去除表面器件邊緣氧化層105，進行磷擴散，形成終止環108 ；第六步，三次光刻腐蝕，去除表面部分氧化層105 ;第七步；淀積勢壘金屬，進行燒結エ藝，在裸露的硅表面的N型區域形成肖特基勢壘結，在裸露的硅表面P型區域形成歐姆接觸，腐蝕去除勢壘金屬；第八步，表面淀積正面電極金屬110 ;第九歩，四次光刻腐蝕，去除器件表面邊緣金屬；第十步，進行背面金屬化工藝，形成背面電極金屬111，作為器件的背面電極。傳統的MPS器件肖特基勢壘區侵入了多個圓形的P型導電材料區，肖特基面積和P型導電材料區面積相互限制，如果增加P型導電材料區之間的距離，提高了肖特基的面積占整個器件的面積百分比，可以降低器件小電流密度下的正向壓降，同時引起大電流密度下的正向壓降升高、反向擊穿電壓的降低和反向漏電流的増大，影響了器件的正反向導通特性。
技術實現思路
本專利技術針對上述問題提出，提供ー種新型的具有低正向壓降的快恢復ニ極管器件。一種快恢復ニ極管器件，包括襯底層，為第一導電類型半導體材料；漂移層，位于襯底層之上，為第一導電類型半導體材料；多個溝槽，位于漂移層表面；絕緣介質，位于溝槽與溝槽之間的半導體材料上表面和器件邊緣表面；第一 P型區，為第二導電類型半導體材料，被設置在臨靠溝槽側壁和絕緣介質的漂移層中；第二 P型區，為第二導電類型半導體材料，被設置在臨靠溝槽底部的漂移層中；肖特基勢壘層，位于溝槽側壁的第一導電類型半導體材料表面；分壓環裝置，為ー個或多個溝槽，且臨靠溝槽的半導體材料被設置為第二導電類型半導體材料，位于如上所述的半導體裝置周圍。一種快恢復ニ極管器件的制造方法，其特征在于包括如下步驟I)在具有襯底層的漂移層表面形成絕緣介質；2)通過光刻腐蝕エ藝，去除待形成第二導電類型半導體材料區表面的絕緣介質；3)在裸露的漂移層表面進行第二導電類型雜質擴散；4)通過光刻腐蝕エ藝，去除待形成溝槽表面的絕緣介質，進行刻蝕半導體材料形成溝槽；5)注入第二導電類型雜質，進行熱處理；6)通過光刻腐蝕エ藝，去除器件邊緣絕緣介質，進行第一導電類型雜質擴散；7)去除溝槽內壁和器件邊緣絕緣介質； 8)在溝槽內壁形成金屬，低溫熱處理；9)在器件上表面形成金屬，通過光刻腐蝕エ藝，去除上表面部分金屬；10)通過背面金屬化工藝，在器件襯底層底部形成金屬。本專利技術的快恢復ニ極管器件，具有溝槽結構，將肖特基勢壘層設置在溝槽的側壁，與傳統的MPS器件相比，提高了器件的肖特基面積，從而降低了器件的小電流密度下的導通壓降；同時，引入了兩個P型區，分別位于溝槽的底部和溝槽間的半導體材料上部，傳統的MPS器件相比，提高了器件的P型區面積，加強了器件的電導調制效應，從而降低了器件的大電流密度下的導通壓降，提高了器件的導通電流密度。因本專利技術的快恢復ニ極管器件將肖特基勢壘層設置在溝槽的側壁，同時溝槽底部含有P型區，此種結構與傳統的MPS器件相比，當器件加反向偏壓時，極大的減緩了肖特基勢壘結附近電場強度隨反向電壓的升高而升高趨勢的趨勢，降低了肖特基鏡像力的效應，從而提高了器件的反向擊穿壓降和降低了器件的反向漏電流。本專利技術的快恢復ニ極管器件的分壓環結構，是在器件中心元胞形成的同時而形成；采用比器件中心元胞溝槽寬度更窄的槽寬，從而在腐蝕溝槽時，溝槽的深度比器件中心元胞溝槽的深度要淺，因此兩次P型雜質形成的P型導電材料區相連，最終形成由完全被P型導電材料包裹的溝槽構成成的分壓環結構。附圖說明圖I為傳統侵入PN結的肖特基勢壘的整流器的剖面示意圖；圖2為本專利技術一種快恢復ニ極管的剖面示意圖；圖3為本專利技術一種快恢復ニ極管一種實施方式第三步的剖面示意圖；圖4為本專利技術一種快恢復ニ極管一種實施方式第四步的剖面示意圖；圖5為本專利技術一種快恢復ニ極管一種實施方式第五步的剖面示意圖；圖6為本專利技術一種快恢復ニ極管一種實施方式第七步的剖面示意圖；圖7為本專利技術一種快恢復ニ極管一種實施方式第八步的剖面示意圖；附圖標記說明圖I標記如下101、襯底層；102、漂移層；103、P型導電材料區；104、肖特基勢壘結；105、氧化層；106、保護環；107、分壓環；108、終止環；110、正面電極金屬；111、背面電極金屬。圖2到圖7標記如下I、襯底層；2、漂移層；3、第一 P型區；4、第二 P型區；5、肖特基勢壘層；6、氧化層；7、分壓環；8、終止環；10、正面電極金屬；11、背面電極金屬。具體實施例方式實施例圖2為本專利技術的一種快恢復ニ極管的剖面示意圖，其中包括N型導電半導體硅材料襯底層I，為重摻雜的N導電類型硅半導體材料，磷摻雜濃度為lE19cnT3 ;在N型導電半導體硅材料襯底層I上表面為N型導電半導體硅材料漂移層2，磷摻雜濃度為2E14cm_3，，厚度為60 ii m ;第一 P型區3,位于溝槽間的上部,為P型導電半導體娃材料,結深為I. 5 ii m ;第ニ P型區4，位于溝槽底部，為P型導電半導體硅材料，結深為I U m ;肖特基勢壘結5，位于溝槽側壁，溝槽深度為4 ii m寬度為2 ii m,肖特基勢魚結長度為2 y m ;氧化層6,位于半導體材料表面；分壓環7，為P型導電半導體硅材料包裹溝槽構成，溝槽的寬度為Iiim;終止環8，位于器件的邊緣，為高濃度磷雜質摻雜的N型導電半導體娃材料；正面電極金屬10和背面電極金屬11位于器件的正背面，為器件引出電極。其制作エ藝包括如下步驟第一歩，在具有襯底層I的漂移層2的N型硅片表面熱處理形成絕緣介質氧化層6 ；第二步，通過一次光刻腐蝕エ藝，去除待形成P型區表面的絕緣介質氧化層6 ；第三步，在裸露的漂移層表面進行硼注入退火，形成第一 P型區3和分壓環7，如圖3所示；第四步，通過二次光刻腐蝕エ藝腐蝕去除待形成溝槽表面的氧化層6，進行干法刻蝕半導體材料形成溝槽，如圖4所示，器件中心元胞溝槽深度為4 iim，器件中心元胞的窗ロ寬度為2 u m,因器件邊緣的分壓環7溝槽窗ロ較小，所以溝槽深度為2pm;第五步，注入硼雜質，進行熱處理退火，在器件中心元胞溝槽底部形成第二 P型區4，在器件邊緣溝槽底部形成分壓環7，如圖5本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種快恢復二極管，其特征在于：包括：襯底層，為第一導電類型半導體材料；漂移層，位于襯底層之上，為第一導電類型半導體材料；多個溝槽，位于漂移層表面；絕緣介質，位于溝槽與溝槽之間的半導體材料上表面和器件邊緣表面；第一P型區，為第二導電類型半導體材料，被設置在臨靠溝槽側壁和絕緣介質的漂移層中；第二P型區，為第二導電類型半導體材料，被設置在臨靠溝槽底部的漂移層中；肖特基勢壘層，位于溝槽側壁的第一導電類型半導體材料表面；分壓環裝置，為一個或多個溝槽，且整個臨靠其溝槽的半導體材料被設置為第二導電類型半導體材料，位于如上所述的半導體裝置周圍。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：盛況，朱江，
申請(專利權)人：盛況，
類型：發明
國別省市：