一种具有复合结构的快恢复二极管及其制造方法技术

本发明专利技术公开了一种具有复合结构的快恢复二极管器件，器件具有通过深沟槽绝缘层隔离的两种类型漂移区的PN结并联结构，第一PN结以N型半导体为漂移区，第二PN结以P型半导体为漂移区,第二PN结的阴极区的掺杂浓度高，与第一PN结的第一副漂移区相接，且存在高浓度的原位多子载流子，将与正向工作时在第一PN结的漂移区内积累的空穴载流子发生复合，并能增加电子空穴对的复合率，因此同等条件下，可进一步加快反向恢复过程，获得更低的反向恢复时间Trr值，使本器件具有更优的优值。另外本发明专利技术，提出的制造流程，与传统的快恢复二极管芯片制造设备兼容，可以容易的实现本发明专利技术的一种具有复合结构的快恢复二极管器件。

A fast recovery diode with composite structure and its manufacturing method

The invention discloses a fast recovery diode device with a composite structure. The device has a parallel structure of two types of drift area PN junctions isolated by a deep groove insulating layer. The first PN junction uses an n-type semiconductor as the drift area, the second PN junction uses a p-type semiconductor as the drift area, and the cathode area of the second PN junction has a high doping concentration, which is connected with the first pair of drift areas of the first PN junction, and has a high concentration Under the same conditions, the reverse recovery process can be further accelerated, and the reverse recovery time TRR value can be lower, so that the device has a better optimal value. In addition, the manufacturing process of the invention is compatible with the traditional fast recovery diode chip manufacturing equipment, and the fast recovery diode device with composite structure of the invention can be easily realized.

【技术实现步骤摘要】
一种具有复合结构的快恢复二极管及其制造方法
本专利技术涉及一种快恢复二极管及其制造流程，主要涉及一种具有复合结构的快恢复二极管及其制造方法。
技术介绍
二极管具有正向导通、反向截止的特性，被广泛作为一种电开关使用，二极管种类繁多，但通常用作整流、续流、钳位等功能，应用于各种电路中；在早期曾被称为“理想的电开关”，几乎没有电损耗，但实际使用二极管的过程中，是存在损耗的，二极管的电损耗也称为功耗，包括通态功耗、关态功耗、开关过程功耗，尤其随着技术的进步，二极管的电损耗引起更多的关注；行业技术人员根据不同的应用场合需要，通过不断的技术创新，不断的优化二极管的特性，以实现二极管使用过程中的最低功耗状态，来满足不同应用场合的需求；其中随着PFC高频电源的出现，二极管的开关功耗愈专利技术显，因此一种适用于高频使用，具有低的开关功耗的二极管应运而生，即快恢复二极管。快恢复二极管是一种双极器件，属于PIN二极管，较普通PIN二极管比较，具有反向恢复时间短、开关损耗低的特点、适合于高频开关的工作场合，广泛的应用于高频电源场合，例如：PFC电源、电焊机、逆变器、变频器等领域。快恢复二极管的反向恢复时间（Trr）参数，是快恢复二极管的反向恢复特性的重要指标，同等条件下，Trr值越小，反向恢复快，越适合高频应用，因此追求更低的反向恢复时间（Trr）成为行业技术人员的努力方向，开发出各种技术，以获得快恢复二极管的低的Trr值。目前常用的技术有电子辐照技术、重金属掺杂技术、质子掺杂技术等等，Trr值主要与少子寿命、电子空穴复合率有关，目前的技术主要是通过增加陷阱，增加俘获面，提高复合几率，降低少子寿命，以实现快恢复二极管的低的Trr特性。但目前的技术情况下，快恢复二极管Trr不能无限降低，因为Trr进一步降低时，将伴随着其他性能的退化，为获得低的Trr值，需要电子辐照剂量的增加、重金属掺杂浓度加重、质子掺杂密度提高等，这样会出现少子寿命的调整过度，因而降低了载流子的迁移率，使得快恢复二极管出现正向饱和压降VF升高,同时快恢复二极管的反向击穿特性也会退化，出现软击穿、反向漏电流Ir增大得问题。因此每种技术都是在一定范围内采用，进行参数的折中设计，获得最优的优值，实现满足于应用要求的最优参数，器件的优值越低，其工作状态下的功耗越低。目前常用的技术，如电子辐照技术，在调整快恢复二极管的Trr时，大剂量的辐照快恢复二极管会出现反向漏电流Ir明显的增加,尤其是高温工作时尤为严重，因此不适合高温场合工作的应用，如果在高温工作时，甚至会出现Trr值变大，且温度恢复后，Trr值也变大；重金属掺杂技术采用掺杂重金属，扩铂或扩金的方式，采用此技术的快恢复二极管较采用电子辐照技术的快恢复二极管，同等条件下，漏电低，正向饱和压降VF偏高，但高温特性稳定，是其重要的优点；而扩铂与扩金比较，同等条件下，采用扩铂技术的快恢复二极管也比采用扩金的快恢复二极管，反向漏电流低；质子掺杂技术主要是小原子的带电的质子，如H、He的质子，采用类似注入的技术进行掺杂，可以有效的形成局部掺杂，此技术是最新的局部载流子寿命控制技术，由于其工艺技术要求较高，目前还没有大范围应用。目前能获得最优参数满足应用的要求，最多的采用技术是以铂为重金属源的重金属掺杂技术，并在漂移区中增加缓冲层，缓冲层的掺杂浓度介于衬底掺杂浓度与主漂移区掺杂浓度之间，也作器件的漂移区的一部分,作为副漂移区，正向工作时，空穴会由于少子注入效应，大量的积累到主漂移区和副漂移区中，而反向恢复过程中，由于缓冲层的原位掺杂浓度较高，可提供更多的电子，与积累在缓冲层的空穴发生复合效应，提高了电子空穴的复合率，可进一步加快反向恢复过程，具有缓冲层的传统结构的快恢复二极管的剖面结构如图1所示，并以铂作为重金属源进行掺杂，形成俘获陷阱，铂掺杂的浓度增加将有效的降低Trr，但会使VF增加，当掺杂浓度达到一定程度时，Trr值将缓慢下降，但VF却会迅速升高，快恢复二极管的优值将升高，并且反向漏电流也会失控，因此在实际应用中，即使是采用带缓冲层结构的设计，采用铂掺杂技术的条件下，都会有一个较理想的掺杂的范围，即反向恢复会存在一个最快的实际值，超过此范围，铂掺杂的快恢复二极管优值将变差，因此限制了快恢复二极管的应用范围。本专利技术提出的一种具有复合结构的快恢复二极管器件，采用一种复合型结构设计，具有两种漂移区，第一PN结具有N型漂移区、第二PN结具有P型漂移区，此复合结构在反向恢复过程中，第二PN结的高掺杂浓度的阴极区，在反向电场中，将提供更多的电子载流子，与正向工作时在N型漂移区由少子注入效应积累的空穴载流子，对向运动，并增加了两种载流子的复合率，同等条件下进一步加快的器件的反向恢复过程，使器件获得更优的优值，本专利技术结构剖面结构如图2所示，同时本专利技术也提出了其制造方法，可实现本专利技术的产品。
技术实现思路
本专利技术提出了一种具有复合结构的快恢复二极管及其制造方法，通过复合结构快恢复二极管芯片的结构设计，器件具有通过深沟槽绝缘层隔离的两种类型漂移区的PN结并联结构，第一PN结以低掺杂浓度的N型半导体为漂移区，第二PN结以低掺杂浓度的P型半导体为漂移区,第二PN结的高掺杂浓度的阴极区位于第一PN结的漂移区相接，且存在高浓度的原位多子载流子，即电子载流子，在反向电场中，将与正向工作时在第一PN结的漂移区内，由少子注入效应积累的空穴载流子，对向运动，并增加电子空穴对的复合率，因此同等条件下，可进一步加快反向恢复过程，获得更低的反向恢复时间Trr值，使本器件具有更优的优值。另外本专利技术，提出的制造流程，与传统的快恢复二极管芯片制造设备兼容，可以容易的实现本专利技术的一种具有复合结构的快恢复二极管器件。本专利技术提出了一种具有复合结构的快恢复二极管器件及其制造方法。1、一种具有复合结构的快恢复二极管器件，其特征在于结构包括：在阴极金属层19上有第一半导体导电层1，在第一半导体导电层1上有第二半导体导电层2，在第二半导体导电层2上有第三半导体导电层3；通过掩膜刻蚀，形成沟槽，沟槽贯穿第三半导体导电层3直到第二半导体导电层2中；在器件中间区域为器件源区20，源区部分形成宽沟槽，宽沟槽侧壁有第一绝缘层12覆盖，宽沟槽中底部有第四半导体导电层11，在第四半导体导电层11上有第五半导体导电层13；源区中的第三半导体导电层3上有第六半导体导电层16，源区中的第五半导体导电层13上有第七半导体导电层17；在器件的源区之外的器件终端区30有窄沟槽，窄沟槽中由第一绝缘层12填充，在窄沟槽的第一绝缘层12上有第三绝缘层15；在器件的终端区的第三半导体导电层上有第二绝缘层14，第二绝缘层14上有第三绝缘层15；器件的上表面有阳极金属层18，源区的第六半导体导电层16和第七半导体导电层17上表面与阳极金属层欧姆连接；器件的下表面有阴极金属层19，第一半导体导电层1与阴极金属层欧姆连接。2、如上所述一种具有复合结构的快恢复二极管器件，其特征在于：第一半导体导电层1为重掺杂的N型硅材料，作为器件的衬底层；第三半导体导电层3为低掺杂的N型硅材料，作为器件的第一主漂移区，即反向耐压区；第二半导体导本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有复合结构的快恢复二极管器件，其特征在于结构包括：在阴极金属层19上有第一半导体导电层1，在第一半导体导电层1上有第二半导体导电层2，在第二半导体导电层2上有第三半导体导电层3；通过掩膜刻蚀，形成沟槽，沟槽贯穿第三半导体导电层3直到第二半导体导电层2中；在器件中间区域为器件源区20，源区部分形成宽沟槽，宽沟槽侧壁有第一绝缘层12覆盖，宽沟槽中底部有第四半导体导电层11，在第四半导体导电层11上有第五半导体导电层13；源区中的第三半导体导电层3上有第六半导体导电层16，源区中的第五半导体导电层13上有第七半导体导电层17；在器件的源区之外的器件终端区30有窄沟槽，窄沟槽中由第一绝缘层12填充，在窄沟槽的第一绝缘层12上有第三绝缘层15；在器件的终端区的第三半导体导电层上有第二绝缘层14，第二绝缘层14上有第三绝缘层15；器件的上表面有阳极金属层18，源区的第六半导体导电层16和第七半导体导电层17上表面与阳极金属层欧姆连接；器件的下表面有阴极金属层19，第一半导体导电层1与阴极金属层欧姆连接。/n

【技术特征摘要】
1.一种具有复合结构的快恢复二极管器件，其特征在于结构包括：在阴极金属层19上有第一半导体导电层1，在第一半导体导电层1上有第二半导体导电层2，在第二半导体导电层2上有第三半导体导电层3；通过掩膜刻蚀，形成沟槽，沟槽贯穿第三半导体导电层3直到第二半导体导电层2中；在器件中间区域为器件源区20，源区部分形成宽沟槽，宽沟槽侧壁有第一绝缘层12覆盖，宽沟槽中底部有第四半导体导电层11，在第四半导体导电层11上有第五半导体导电层13；源区中的第三半导体导电层3上有第六半导体导电层16，源区中的第五半导体导电层13上有第七半导体导电层17；在器件的源区之外的器件终端区30有窄沟槽，窄沟槽中由第一绝缘层12填充，在窄沟槽的第一绝缘层12上有第三绝缘层15；在器件的终端区的第三半导体导电层上有第二绝缘层14，第二绝缘层14上有第三绝缘层15；器件的上表面有阳极金属层18，源区的第六半导体导电层16和第七半导体导电层17上表面与阳极金属层欧姆连接；器件的下表面有阴极金属层19，第一半导体导电层1与阴极金属层欧姆连接。


2.如权利要求1所述的一种具有复合结构的快恢复二极管器件，其特征在于：第一半导体导电层1为重掺杂的N型硅材料，作为器件的衬底层；第三半导体导电层3为低掺杂的N型硅材料，作为器件的第一主漂移区，即反向耐压区；第二半导体导电层2为N型硅材料，掺杂浓度介于第一半导体导电层和第三半导体导电层的掺杂浓度之间，作为器件的第一副漂移区，即反向耐压缓冲层区，并承担一部分反向耐压；第四半导体导电层11为N型硅材料，上、下两端掺杂浓度低，但掺杂浓度最低处的掺杂浓度高于第二半导体导电层的掺杂浓度，且中间区掺杂浓度最高，要高于最低处2个数量级以上；第五半导体导电层13为低掺杂的P型硅材料，作为器件的第二主漂移区；第六半导体导电层16和第七半导体导电层17为P型硅材料，为高浓度掺杂的扩散结结构的掺杂区，第六半导体导电层16与第三半导体导电层形成器件的第一PN结，第七半导体导电层17与第五半导体导电层形成器件的第二PN结，第六半导体导电层和第七半导体导电层的上表面与阳极金属层18形成欧姆接触；器件的所有半导体导电层中掺杂了低当量的重金属杂质，如铂金属。


3.如权利要求1所述的一种具有复合结构的快恢复二极管器件，其特征在于：第一绝缘层12、第二绝缘层14、第三绝缘层15均为厚的半导体绝缘材料，其中第一绝缘层为热生长氧化硅和淀积氧化硅共同组成，第一绝缘层的厚度值远低于宽沟槽的宽度值的一半的值，远大于窄沟槽的宽度值的一半的值；第二绝缘层为热生长形成的氧化硅，厚度500纳米以上，第三绝缘层为淀积形成的氧化硅，厚度500纳米以上。


4.如权利要求1所述的一种具有复合结构的快恢复二极管器件，其特征在于：具有两种类型的漂移区，通过第一绝缘层隔离形成并联的复合结构，该器件的第六半导体导电层与第三半导体导电层形成的PN结，构成器件的第一PN结，第三半导体导电层为第一PN结的第一主漂移区，为N型漂移区；第五半导体导电层与第四半导体导电层形成的PN结，构成器件的第二PN结，第五半导体导电层为第二PN结的第二主漂移区，为P型漂移区，阴极区为第四半导体导电层，在反向恢复过程中，在电场方向上可提供多子载流子，提高了反向恢复过程中，正向导通时积累在缓冲层中的少子载流子的复合率，同等条件下提高复合速度，降低器件的反向恢复时间。


5.如权利要求1所述的一种具有复合结构的快恢复二极管器件，其特征在于：终端结构采用深沟槽绝缘层的终端保护，占用面积小，并且可有效的降低表面效应，降低漏电流，又可将击穿电场引入体内，提高击穿电压，使本发明的快恢复二极管具有更优的优值。


6.本发明的一种具有复合结构的快恢复二极管器件的制造方法，其特征在于：可形成具...

【专利技术属性】
技术研发人员：关世瑛，王金秋，
申请(专利权)人：上海芯石微电子有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31