功率二极管及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种功率二极管包括衬底，第一导电类型的衬底，形成在所述衬底上的第二导电类型的第一外延层，间隔形成自所述第一外延层的上表面延伸至所述第一外延层内的第二导电类型的埋层，形成在所述第一外延层上的第二导电类型的第二外延层，形成在所述第二外延层内与所述埋层对应的第一导电类型的第一注入区，位于所述第二外延层的上表面的第二导电类型的第二注入区，位于所述第一注入区的上表面的门极金属层，形成在所述第二注入区的上表面的阴极金属层；形成在所述衬底的下表面的阳极金属层。本发明专利技术还提供一种功率二极管的制备方法，提高了功率二极管的反向击穿电压，降低了漏电流和电路功耗。

Power Diode and Its Preparation Method

The invention provides a power diode comprising a substrate, a substrate of the first conductive type, a first epitaxy layer of the second conductive type formed on the substrate, and a buried layer of the second conductive type extending from the upper surface of the first epitaxy layer to the first epitaxy layer, formed on the second conductive type of the first epitaxy layer and formed on the first epitaxy layer. The first injection area of the first conductive type corresponding to the buried layer in the second epitaxy layer, the second injection area of the second conductive type on the upper surface of the second epitaxy layer, the gate metal layer on the upper surface of the first injection area, the cathode metal layer on the upper surface of the second injection area, and the anode metal layer formed on the lower surface of the substrate are described. The invention also provides a preparation method of a power diode, improves the reverse breakdown voltage of the power diode, and reduces leakage current and circuit power consumption.

【技术实现步骤摘要】
功率二极管及其制备方法
本专利技术涉及半导体分立器件的设计制造领域，尤其涉及一种功率二极管及其制备方法。
技术介绍
功率二极管是电力电子领域最基本的组成单元，其单向导电性可用于高压电路的整流、箝位、续流。功率整流二极管比普通二极管结面积大得多，能通过上千安培的电流，功率整流二极管主要应用于各种整流、开关、续流电路。随着电力电子技术的发展，对功率二级管提出了更高的技术指标要求，主要有低的正向压降、低的导通电阻、更高的反向击穿电压和快而软的反向恢复特性。目前采用传统结构和工艺的功率二极管往往只具有高的反向击穿电压，而其它方面的特性并不是很好，尤其是反向恢复时间长且反向恢复特性较硬，这不仅造成整个电路系统功耗的浪费，更容易因反向恢复过于突然导致在电路内产生不良的电流电压震荡，造成电源纹波或电磁干扰，破坏整个电路，甚至导致电路里元器件的失效。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供一种反向击穿电压高、较软的反向恢复特性、较低的漏电流和低的电路功耗的功率二极管，来解决上述存在的技术问题，一方面，本专利技术采用以下具体技术方案来实现。一种功率二极管，其包括：第一导电类型的衬底；形成在所述衬底上的第二导电类型的第一外延层；间隔形成自所述第一外延层的上表面延伸至所述第一外延层内的第二导电类型的埋层；形成在所述第一外延层上的第二导电类型的第二外延层；形成在所述埋层的上表面并位于所述第二外延层之间的第一导电类型的第一注入区；位于所述第二外延层的上表面的第二导电类型的第二注入区；位于所述第一注入区的上表面的门极金属层；形成在所述第二注入区的上表面的阴极金属层；形成在所述衬底的下表面的阳极金属层。本专利技术提供一种功率二极管的有益效果为：所述第一注入区与所述埋层形成PN结降低导通电阻，使所述功率二极管具有较低的正向开启电压，降低了所述功率二极管的功耗。所述第二外延层位于所述第一外延层和所述第二注入区之间作为缓冲层，可以改变所述功率二极管的阴极侧的掺杂浓度分布，从而控制所述功率二极管的反向恢复的载流子的抽取速度，降低反向峰值电流和反向恢复电荷，具有较软的反向恢复特性，减小了高电压震荡。同时也提高了所述功率二极管的反向击穿电压和降低正向压降，从而提高了所述功率二极管的工作稳定性和可靠性。另一方面，本专利技术还提供一种功率二极管的制备方法，其包括以下工艺步骤：S501：提供一个第一导电类型的衬底，在所述衬底上形成第二导电类型的第一外延层；S502；自所述第一外延层的上表面延伸至所述第一外延层内间隔排列的第二导电类型的埋层；S503：在所述第一外延层上形成第二导电类型的第二外延层，对所述埋层对应的所述第二外延层进行光刻形成凹槽；S504：在所述凹槽的下表面的所述第二外延层内注入第一导电类型离子形成第一注入区，在所述凹槽的两侧的第二外延层内注入第二导电类型离子形成第二注入区；S506：先在所述衬底的下表面形成阳极金属层，之后在所述第一注入区的上表面形成门极金属层及所述第二注入区的上表面形成阴极金属层，最后得到功率二极管。本专利技术通过在所述功率二极管的衬底的上表面增加所述门极金属层，所述埋层位于所述第一外延层内，所述第一注入区位于所述埋层的上表面且它们的导电类型不同，减小了所述功率二极管的门极金属层的开启电压，降低了所述门极金属层的功耗，所述第二外延层位于所述第一外延层和所述第二注入区之间作为缓冲层，可以改变所述阴极金属层的下表面的掺杂浓度分布，从而降低所述功率二极管的反向峰值电流和恢复电荷，具有较软的反向恢复特性，提高所述功率二极管的反向击穿电压和降低正向压降。在所述功率二极管的门极金属层上加入低电压时，可以获得峰值较大的电流和关断该电流的通态平均电流，同时也具有较软的反向恢复特性，增强了所述功率二极管的工作稳定性和可靠性。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术功率二极管的结构示意图；图2至图9为本专利技术功率二极管的制备过程图；图10为本专利技术功率二极管的制备流程图；图11为本专利技术功率二极管的等效电路图。图中：功率二级管1；衬底10；第一外延层20；埋层21；第二外延层22；凹槽23；第一注入区31；第二注入区32；沟槽33；氧化硅层34；门极金属层40；阴极金属层41；阳极金属层42；阴极50；门极60；阳极70；第一二极管80；第二二极管90。具体实施方式为了能够更清楚地理解本专利技术的具体技术方案、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本专利技术进行进一步的详细描述。在本专利技术的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“横向”、“纵向”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该专利技术产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。参阅图1，一方面，本专利技术提供一种功率二极管1，采用以下技术方案来实现。一种功率二极管1，其包括：第一导电类型的衬底10；形成在所述衬底10上的第二导电类型的第一外延层20；间隔形成自所述第一外延层20的上表面延伸至所述第一外延层20内的第二导电类型的埋层21；形成在所述第一外延层20上的第二导电类型的第二外延层22；形成在所述埋层21的上表面并位于所述第二外延层22之间的第一导电类型的第一注入区31；位于所述第二外延层22的上表面的第二导电类型的第二注入区32；位于所述第一注入区31的上表面的门极金属层40；形成在所述第二注入区32的上表面的阴极金属层41；形成在所述衬底10的下表面的阳极金属层42。本专利技术通过提供一种功率二极管，所述第一注入区31与所述埋层21形成PN结降低导通电阻，使所述功率二极管1具有较低的正向开启电压，降低了所述功率二极管1的功耗。所述第二外延层22位于所述第一外延层20和所述第二注入区32之间作为缓冲层，可以改变所述功率二极管1的阴极侧的掺杂浓度分布，从而控制所述功率二极管1的反向恢复的载流子的抽取速度，降低反向峰值电流和反向恢复电荷，具有较软的反向恢复特性，减小了高电压震荡，同时也提高了所述功率二极管1的反向击穿电压和降低正向压降，从而提高了所述功率二极管1的工作稳定性和可靠性。进一步地，所述功率二极管1还包括位于所述埋层21及所述第一注入区31的两侧自所述第二外延层22的上表面延伸至所述第一外延层20的沟槽33，所述沟槽33内填充有氧化硅层34。在本实施方式中，所述氧化硅层34位于所述第一注入区31及所述第二外延层22之间，所述第一注入区31与所述第二外延层22的导电类型不同，当在所述门极金属层40上加一正向电流脉冲时，所述门极金属层40的下表面的空穴注入全部通过所述第一注入区31与所述埋层21形成的PN结进入所述第一外延层20内，彻底避免了电流直接从旁路(如平行于所述衬底10的上表面方向)泄放时被复合消耗的因素本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种功率二极管，其特征在于，其包括：第一导电类型的衬底；形成在所述衬底上的第二导电类型的第一外延层；间隔形成自所述第一外延层的上表面延伸至所述第一外延层内的第二导电类型的埋层；形成在所述第一外延层上的第二导电类型的第二外延层；形成在所述第二外延层内与所述埋层对应的第一导电类型的第一注入区；位于所述第二外延层的上表面的第二导电类型的第二注入区；位于所述第一注入区的上表面的门极金属层；形成在所述第二注入区的上表面的阴极金属层；形成在所述衬底的下表面的阳极金属层。

【技术特征摘要】
1.一种功率二极管，其特征在于，其包括：第一导电类型的衬底；形成在所述衬底上的第二导电类型的第一外延层；间隔形成自所述第一外延层的上表面延伸至所述第一外延层内的第二导电类型的埋层；形成在所述第一外延层上的第二导电类型的第二外延层；形成在所述第二外延层内与所述埋层对应的第一导电类型的第一注入区；位于所述第二外延层的上表面的第二导电类型的第二注入区；位于所述第一注入区的上表面的门极金属层；形成在所述第二注入区的上表面的阴极金属层；形成在所述衬底的下表面的阳极金属层。2.根据权利要求1所述的功率二极管，其特征在于：所述功率二极管还包括位于所述埋层及所述第一注入区的两侧自所述第二外延层的上表面延伸至所述第一外延层的沟槽，所述沟槽内填充有氧化硅层。3.根据权利要求1所述的功率二极管，其特征在于：所述第一外延层的厚度大于所述第二外延层的厚度，所述第一外延层的浓度小于所述第二外延层的浓度。4.根据权利要求1所述的功率二极管，其特征在于：垂直于所述衬底的上表面的方向上，所述门极金属层的投影区域包含在所述第一注入区的投影区域内，所述阴极金属层的投影区域包含在所述第二注入区的投影区域内。5.一种如权利要求1所述的功率二极管的制备方法，其特征在于，包括以下工艺步骤：S501：提供一个第一导电类型的衬底，在所述衬底上形成第二导电类型的第一外延层；S502：自所述第一外延层的上表面延伸至所述第一外延层内间隔排列的第二导电类型的埋层；S503：在所述第一外延层上形成第二导电类型的第二外延层，对所述埋层对应的所述第二外延层进行光刻形成凹槽；S504：在所述凹槽的下表面的所述第二外延层内注入第一导电类型离子形成第一注入区，在所述凹槽的两侧的第二外延层内注入第二导电类型离子...

【专利技术属性】
技术研发人员：不公告发明人，
申请(专利权)人：深圳市金鑫城纸品有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44