一种反向恢复时间短的FRD二极管及制备方法技术

本发明专利技术公开了一种反向恢复时间短的FRD二极管及制备方法,包括N型硅衬底层(1)，N型硅衬底层(1)表面分布有若干沟槽(2)，沟槽(2)内侧设有P+衬底结构(3)，N型硅衬底层(1)的外部设有N型硅外延层(4)，N型硅外延层(4)的内侧将沟槽(2)完全填充。本发明专利技术通过在N型硅衬底层表面形成的沟槽和P+衬底结构的配合，能够有效提高FRD二极管的反向恢复时间和高温可靠性，并避免对产线造成的污染；同时，沟槽的设置还能够提高FRD二极管的电流密度，从而在提高性能的基础上弥补因工艺造成的正向导通压降增大问题，使本发明专利技术同时具有反向恢复时间短、无产线污染和正向导通压降小的特点。

【技术实现步骤摘要】
一种反向恢复时间短的FRD二极管及制备方法
本专利技术涉及一种FRD二极管，特别是一种反向恢复时间短的FRD二极管及制备方法。
技术介绍
传统的FRD材料是N型衬底材料上直接生长一层N型外延材料，形成制造FRD的原材料，然后通过光刻、刻蚀、注入和退火工艺形成整个半导体器件结构。而为了加快FRD二极管的反向恢复时间和提高FRD二极管的高温稳定性，目前的FRD二极管在成型后还会采取扩Pt或电子辐照工艺。其中经电子辐照工艺处理后的FRD二极管恢复时间为12～30ns，高温可靠性达到125℃；经扩Pt工艺处理后的FRD二极管则能达到恢复时间5～20ns，高温可靠性150℃。但采取扩Pt工艺的缺陷在于，由于Pt属于重金属，会对半导体其他产品造成污染，从而限制了半导体产线加工其他产品的能力，通用性较差。而采用电子辐照工艺的改善效果由于在性能指标上均弱于扩Pt工艺，又无法满足厂家的性能需求，从而使两者处理工艺均存在一定的缺陷。此外，由于FRD二极管的反向恢复时间和其正向导通压降是矛盾的关系，即反向恢复时间在缩短后会造成正向导通压降的增大，从而增加FRD二极管的整流损耗。这就使得扩Pt或电子辐照工艺处理会增加FRD二极管的正向导通压降，从另一方面降低了FRD二极管的性能指标。目前经扩Pt或电子辐照工艺处理后的FRD二极管的正向导通压降普遍为1.6～1.8V。因此，现有的FRD二极管无法同时具有反向恢复时间短、无产线污染和正向导通压降大的特点。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，提供一种反向恢复时间短的FRD二极管及制备方法。它能够同时具有反向恢复时间短、无产线污染和正向导通压降小的特点。本专利技术的技术方案：一种反向恢复时间短的FRD二极管，包括N型硅衬底层，N型硅衬底层表面分布有若干沟槽，沟槽内侧设有P+衬底结构，N型硅衬底层的外部设有N型硅外延层，N型硅外延层的内侧将沟槽完全填充。前述的一种反向恢复时间短的FRD二极管中，所述沟槽包括底平面，底平面的四周设有倾斜的侧壁，侧壁的截面外形为V型，侧壁的斜度为45°。前述的一种反向恢复时间短的FRD二极管中，所述底平面的深度为0.5um，所述沟槽的宽度为1～3um。前述的一种反向恢复时间短的FRD二极管中，所述P+衬底结构的注入离子类型为B型，P+衬底结构的掺杂浓度为1E15～6E15，P+衬底结构的深度为0.8～1um，P+衬底结构的宽度大于沟槽宽度0.4～0.6um。前述的一种反向恢复时间短的FRD二极管中，所述N型硅外延层的表面设有P-衬底结构，N型硅外延层的外部设有Ti/AL金属叠层；N型硅外延层和Ti/AL金属叠层在连接处部分填充有SiO2层。前述的一种反向恢复时间短的FRD二极管的制备方法，包括以下步骤：①在N型硅衬底层表面依次通过光刻和刻蚀工艺形成若干沟槽，得A品；②对A品在沟槽位置依次进行光刻、刻蚀和注入工艺，形成P+衬底结构，得B品；③在B品表面生长形成N型硅外延层，并使N型硅外延层将沟槽完全填充，得C品；④对C品表面依次进行光刻、刻蚀和注入工艺，形成P-衬底结构，得D品；⑤对D品表面依次进行光刻、刻蚀、注入和退火工艺，形成SiO2层和Ti/AL金属叠层，得成品。与现有技术相比，本专利技术具有以下特点：(1)本专利技术通过在N型硅衬底层表面注入形成的P+衬底结构，能够有效减少FRD二极管的反向恢复时间，使本申请二极管的恢复时间能够达到5～20ns，高温可靠性达到150℃，与现有经扩Pt工艺处理后的FRD二极管的性能相同，且优于电子辐照工艺的改善效果；同时，P+衬底结构的处理工艺相比扩Pt工艺还能够有效避免对半导体产线造成的污染，提高本专利技术的通用性；(2)通过在N型硅衬底层表面形成的沟槽，则能够提高FRD二极管的电流密度，在此基础上，通过将沟槽的侧壁斜度设置为45°则能够进一步增加电流流通面积，使二极管的电流密度由原有的130～160A/cm提高至190A/cm；而二极管的电流密度在提高后则能够起到降低正向导通压降的效果，使本申请的正向导通压降降至1.5V，与现有未经扩Pt工艺或电子辐照工艺处理的二极管正向导通压降相近；所以，本专利技术能够同时具有反向恢复时间短、无产线污染和正向导通压降小的特点。附图说明图1是本专利技术的结构示意图；图2是沟槽和P+衬底结构的放大图；图3是现有FRD二极管的结构示意图；图4是本专利技术的工艺流程图。附图中的标记为：1-N型硅衬底层，2-沟槽，3-P+衬底结构，4-N型硅外延层，5-P-衬底结构，6-Ti/AL金属叠层，7-SiO2层，201-底平面，202-侧壁。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步的说明，但并不作为对本专利技术限制的依据。实施例。一种反向恢复时间短的FRD二极管，构成如图1-2所示，包括N型硅衬底层1，N型硅衬底层1表面分布有若干沟槽2，沟槽2内侧设有P+衬底结构3，N型硅衬底层1的外部设有N型硅外延层4，N型硅外延层4的内侧将沟槽2完全填充。所述沟槽2包括底平面201，底平面201的四周设有倾斜的侧壁202，侧壁202的截面外形为V型，侧壁202的斜度α为45°。所述底平面201的深度H为0.5um，所述沟槽2的宽度I为1～3um。所述P+衬底结构3的注入离子类型为B型，P+衬底结构3的掺杂浓度为1E15～6E15，P+衬底结构3的深度J为0.8～1um，P+衬底结构3的宽度K大于沟槽2宽度I0.4～0.6um。所述N型硅外延层4的表面设有P-衬底结构5，N型硅外延层4的外部设有Ti/AL金属叠层6；N型硅外延层4和Ti/AL金属叠层6在连接处部分填充有SiO2层7。所述一种反向恢复时间短的FRD二极管的制备方法，如图4所示，包括以下步骤：①在N型硅衬底层表面依次通过光刻和刻蚀工艺形成若干沟槽，得A品；②对A品在沟槽位置依次进行光刻、刻蚀、注入和高温推进工艺，形成P+衬底结构，得B品；③在B品表面生长形成N型硅外延层，并使N型硅外延层将沟槽完全填充，得C品；④对C品表面依次进行光刻、刻蚀和注入工艺，形成P-衬底结构，得D品；⑤对D品表面依次进行光刻、刻蚀、注入和退火工艺，形成SiO2层和Ti/AL金属叠层，得成品。现有的FRD二极管的结构如图3所示，其加工工艺是先在N型硅衬底层1的表面生长形成N型硅外延层4，然后在N型硅外延层4的表面经光刻、刻蚀和注入工艺形成P-衬底结构5，再经光刻、刻蚀、注入和退火工艺形成SiO2层7和Ti/AL金属叠层6；最后对该FRD材料采用扩Pt或电子辐照工艺(采用扩Pt或电子辐照工艺产生的效果相对微观，图中不显示)，形成FRD二极管。本专利技术的工作原理：本专利技术通过在N型硅衬底层1的表面注入P+衬底结构3的方式代替现有的扩Pt工艺或电子辐照工艺对FRD材料进行处理，能够起到与扩Pt工艺和电子辐照工艺相同的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种反向恢复时间短的FRD二极管，其特征在于：包括N型硅衬底层(1)，N型硅衬底层(1)表面分布有若干沟槽(2)，沟槽(2)内侧设有P+衬底结构(3)，N型硅衬底层(1)的外部设有N型硅外延层(4)，N型硅外延层(4)的内侧将沟槽(2)完全填充。/n

【技术特征摘要】
1.一种反向恢复时间短的FRD二极管，其特征在于：包括N型硅衬底层(1)，N型硅衬底层(1)表面分布有若干沟槽(2)，沟槽(2)内侧设有P+衬底结构(3)，N型硅衬底层(1)的外部设有N型硅外延层(4)，N型硅外延层(4)的内侧将沟槽(2)完全填充。


2.根据权利要求1所述的一种反向恢复时间短的FRD二极管，其特征在于：所述沟槽(2)包括底平面(201)，底平面(201)的四周设有倾斜的侧壁(202)，侧壁(202)的截面外形为V型，侧壁(202)的斜度为45°。


3.根据权利要求2所述的一种反向恢复时间短的FRD二极管，其特征在于：所述底平面(201)的深度为0.5um，所述沟槽(2)的宽度为1～3um。


4.根据权利要求3所述的一种反向恢复时间短的FRD二极管，其特征在于：所述P+衬底结构(3)的注入离子类型为B型，P+衬底结构(3)的掺杂浓度为1E15～6E15，P+衬底结构(3)的深度为0.8～1um，...

【专利技术属性】
技术研发人员：张振中，郝建勇，孙军，
申请(专利权)人：杭州中瑞宏芯半导体有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33