快恢复二极管及其制造方法技术

本申请公开了快恢复二极管及其制造方法。所述快恢复二极管包括：阴极，所述阴极包括场截止层和与所述场截止层接触的第一接触区；阴极；位于所述阴极上的漂移区；位于所述漂移区上的缓冲层；位于所述缓冲层中的阳极；从所述阳极经由所述缓冲层延伸至所述漂移区的至少一个沟槽；位于所述至少一个沟槽侧壁上的栅介质层；以及填充所述至少一个沟槽的栅导体层。该快恢复二极管采用缓冲层和从阳极经由缓冲层延伸至阴极的沟槽结构改善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.

【技术实现步骤摘要】
快恢复二极管及其制造方法
本专利技术涉及功率半导体器件领域，更具体地，涉及快恢复二极管及其制造方法。
技术介绍
功率半导体器件亦称为电力电子器件，包括功率二极管、晶闸管、VDMOS(垂直双扩散金属氧化物半导体)场效应晶体管、LDMOS(横向扩散金属氧化物半导体)场效应晶体管以及IGBT(绝缘栅双极型晶体管)等。IGBT是由BJT(双极型三极管)和FET(场效应晶体管)组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件。二极管器件作为一种基础的功率半导体器件，广泛的应用于各种电路之后，特别是在逆变器，变频器以及电机驱动领域，快恢复二极管器件通常与IGBT器件并联使用，用于IGBT器件关断时电流的续流。常规的快恢复二极管具有PIN结构，即包括P型区和N型区以及夹在二者之间的基区I。该基区的厚度很薄，使得反向恢复电荷很小，从而可以减小反向恢复时间Trr和正向电压降。为了实现更快的反向恢复时间，快恢复二极管例如采用少子寿命控制技术，例如，在二极管体内扩散重金属Au、Pt等元素作为复合中心，或采用电子或质子辐照等工艺在二极管体内制造出新的缺陷等方式来实现。然而，采用扩散和缺陷等工艺实现的快恢复二极管的反向恢复特性陡峭，从而对外围电路的工作产生EMI干扰，使得系统的EMI兼容特性劣化。因此，期望进一步改进快恢复二极管的结构，以提高EMI兼容性。
技术实现思路
鉴于上述问题，本专利技术的目的在于提供一种采用缓冲层和从阳极经由缓冲层延伸至阴极的沟槽结构改善EMI兼容特性的快恢复二极管及其制造方法。根据本专利技术的一方面，提供一种快恢复二极管，包括：阴极，所述阴极包括场截止层和与所述场截止层接触的第一接触区；位于所述阴极上的漂移区；位于所述漂移区上的缓冲层；位于所述缓冲层中的阳极；从所述阳极经由所述缓冲层延伸至所述漂移区的至少一个沟槽；位于所述至少一个沟槽侧壁上的栅介质层；以及填充所述至少一个沟槽的栅导体层，其中，所述第一接触区、所述场截止层、所述漂移区和所述缓冲层分别掺杂成N型，所述阳极掺杂成P型。优选地，所述至少一个沟槽将所述缓冲层和所述阳极分别分成彼此隔开的多个部分，使得所述缓冲层至少位于所述阳极下方。优选地，所述缓冲层围绕所述阳极。优选地，所述场截止层包括彼此相对的第一表面和第二表面，所述第一接触区接触所述第一表面，所述漂移区接触所述第二表面。优选地，所述栅介质层包括位于所述至少一个沟槽侧壁上的第一部分和在所述至少一个沟槽外部横向延伸的第二部分，所述栅导体层包括填充所述至少一个沟槽的第一部分和在所述至少一个沟槽外部横向延伸的第二部分，所述栅导体层的第二部分与所述阳极之间由所述栅介质层的第二部分隔开。优选地，所述至少一个沟槽沿着第一方向延伸，所述栅导体层和所述栅介质层各自的第二部分沿着第二方向延伸，所述第一方向和所述第二方向是所述快恢复二极管的主平面内彼此垂直的两个方向。优选地，所述场截止层的掺杂浓度高于所述漂移区的掺杂浓度。优选地，还包括：第二接触区，掺杂成P型并且位于所述阳极中，所述第二接触区的掺杂浓度高于所述阳极的掺杂浓度；阳极电极，与所述第二接触区接触；以及阴极电极，与所述第一接触区接触。优选地，还包括：层间介质层，所述层间介质层隔开所述阳极电极和所述栅导体层，所述阳极电极位于所述层间介质层上方且经由所述层间介质层中的接触孔到达所述第二接触区。优选地，所述缓冲层的掺杂浓度比所述阳极的掺杂浓度低一个数量级。根据本专利技术的另一方面，提供一种用于快恢复二极管的制造方法，包括：在半导体衬底的第一表面上形成外延层，所述外延层作为漂移区；在所述外延层的上部形成缓冲层；形成从所述缓冲层的表面穿过所述缓冲层延伸至所述漂移区的至少一个沟槽；在所述至少一个沟槽侧壁上形成栅介质层；在所述至少一个沟槽中填充栅导体层；在所述缓冲层中形成阳极；在所述半导体衬底中形成阴极，所述阴极包包括场截止层和与所述场截止层接触的第一接触区，其中，所述第一接触区、所述场截止层、所述漂移区和所述缓冲层分别掺杂成N型，所述阳极掺杂成P型。优选地，所述场截止层包括彼此相对的第一表面和第二表面，所述第一接触区接触所述第一表面，所述漂移区接触所述第二表面。优选地，所述至少一个沟槽将所述缓冲层和所述阳极分别分成彼此隔开的多个部分，使得所述缓冲层至少位于所述阳极下方。优选地，所述缓冲层围绕所述阳极。优选地，形成阴极的步骤包括：从所述半导体衬底的第二表面对所述半导体衬底减薄，将减薄后的半导体衬底的一部分作为所述场截止层。优选地，还包括：在所述阳极中形成第二接触区，所述第二接触区掺杂成P型，并且所述第二接触区的掺杂浓度高于所述阳极的掺杂浓度；在所述第二接触区上形成阳极电极；以及在所述第一接触区上形成阴极电极。优选地，还包括：在所述栅导体层上形成层间介质层，所述层间介质层隔开所述阳极电极和所述栅导体层；以及在所述层间介质层中形成接触孔，其中，所述阳极电极位于所述层间介质层上方且经由所述层间介质层中的接触孔到达所述第二接触区。优选地，所述缓冲层的掺杂浓度比所述阳极的掺杂浓度低一个数量级。根据本专利技术实施例的快恢复二极管具有位于阳极和阴极之间的缓冲层，所述的缓冲层的掺杂浓度低于所述快恢复二极管的阳极掺杂浓度一个数量级，从而可以控制二极管器件在正向导通时阳极空穴电流的发射效率并提高快恢复二极管在反向关断时对空穴电流的复合率，降低快恢复二极管的反向恢复时间。进一步地，从阳极经由缓冲层延伸至阴极的沟槽结构可以改善由于在本专利技术所述的二极管阳极下方设置缓冲层结构导致的击穿电压降低的问题。该快恢复二极管的反向恢复电压曲线平缓，未出现尖峰，因此对外围电路的EMI干扰减小，从而改善了EMI兼容特性。该快恢复二极管结构可以不使用少数载流子寿命控制技术，节约器件的加工成本。在优选的实施例中，通过研磨器件底部，保留一定厚度的半导体衬底作为场截止层后，利用离子注入在半导体衬底中形成N型的第一接触区，可以减少从半导体衬底的底部注入的电子电荷，从而提高器件的开关速度。在优选的实施例中，利用纵向掺杂均匀的半导体衬底形成在纵向具有阶梯状掺杂的N型的场截止层，该场截止层可以改善二极管器件在关断时的电压变化率dV/dt，实现器件的软恢复，提高器件的抗雪崩耐量。附图说明通过以下参照附图对本专利技术实施例的描述，本专利技术的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：图1示出根据本专利技术实施例的快恢复二极管的分解透视图；图2至7示出根据本专利技术实施例的半导体器件制造方法不同阶段的截面图，其中图2a至7a分别示出第一截面的截面图，图2b至7b分别示出第二截面的截面图；图8a和8b分别示出根据现有技术的快恢复二极管在反向恢复时的电压及电流波形图；图9a和9b分别示出根据本专利技术实施例的快恢复二极管在反向恢复时的电压及电流波形图。具体实施方式以下将参照附图更详细地描述本专利技术。在各个附图中，相同的元件采用类似的附图标记来表示。为了清楚起见，附图中的各个部分没有按比例绘制。此外，可能未示出某些公知的部分。为了简明起见，可以在一幅图中描述经过数个步骤后获得的半导体结构。应当理解，在描述器件的结构时，当将一层、一个区域称为位于另一层、另一个区域“上面”或“上方”时，可以指直接位于另一层、另一个区域上面，或者在其与另一层、另一个区域之间还包含其它的层本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种快恢复二极管，包括：阴极，所述阴极包括场截止层和与所述场截止层接触的第一接触区；位于所述阴极上的漂移区；位于所述漂移区上的缓冲层；位于所述缓冲层中的阳极；从所述阳极经由所述缓冲层延伸至所述漂移区的至少一个沟槽；位于所述至少一个沟槽侧壁上的栅介质层；以及填充所述至少一个沟槽的栅导体层，其中，所述第一接触区、所述场截止层、所述漂移区和所述缓冲层分别掺杂成N型，所述阳极掺杂成P型。

【技术特征摘要】
1.一种快恢复二极管，包括：阴极，所述阴极包括场截止层和与所述场截止层接触的第一接触区；位于所述阴极上的漂移区；位于所述漂移区上的缓冲层；位于所述缓冲层中的阳极；从所述阳极经由所述缓冲层延伸至所述漂移区的至少一个沟槽；位于所述至少一个沟槽侧壁上的栅介质层；以及填充所述至少一个沟槽的栅导体层，其中，所述第一接触区、所述场截止层、所述漂移区和所述缓冲层分别掺杂成N型，所述阳极掺杂成P型。2.根据权利要求1所述的快恢复二极管，其中，所述至少一个沟槽将所述缓冲层和所述阳极分别分成彼此隔开的多个部分，使得所述缓冲层至少位于所述阳极下方。3.根据权利要求2所述的快恢复二极管，其中，所述缓冲层围绕所述阳极。4.根据权利要求1所述的快恢复二极管，其中，所述场截止层包括彼此相对的第一表面和第二表面，所述第一接触区接触所述第一表面，所述漂移区接触所述第二表面。5.根据权利要求1所述的快恢复二极管，其中，所述栅介质层包括位于所述至少一个沟槽侧壁上的第一部分和在所述至少一个沟槽外部横向延伸的第二部分，所述栅导体层包括填充所述至少一个沟槽的第一部分和在所述至少一个沟槽外部横向延伸的第二部分，所述栅导体层的第二部分与所述阳极之间由所述栅介质层的第二部分隔开。6.根据权利要求5所述的快恢复二极管，其中，所述至少一个沟槽沿着第一方向延伸，所述栅导体层和所述栅介质层各自的第二部分沿着第二方向延伸，所述第一方向和所述第二方向是所述快恢复二极管的主平面内彼此垂直的两个方向。7.根据权利要求1所述的快恢复二极管，其中，所述场截止层的掺杂浓度高于所述漂移区的掺杂浓度。8.根据权利要求1所述的快恢复二极管，还包括：第二接触区，掺杂成P型并且位于所述阳极中，所述第二接触区的掺杂浓度高于所述阳极的掺杂浓度；阳极电极，与所述第二接触区接触；以及阴极电极，与所述第一接触区接触。9.根据权利要求8所述的快恢复二极管，还包括：层间介质层，所述层间介质层隔开所述阳极电极和所述栅导体层，所述阳极电极位于所述层间介质层...

【专利技术属性】
技术研发人员：顾悦吉，黄示，韩健，陈琛，
申请(专利权)人：杭州士兰集成电路有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33