反向恢复时间短的FRD二极管制造技术

本实用新型专利技术公开了一种反向恢复时间短的FRD二极管,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。本实用新型专利技术通过在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，使本实用新型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。产线污染和正向导通压降小的特点。产线污染和正向导通压降小的特点。

【技术实现步骤摘要】
反向恢复时间短的FRD二极管


[0001]本技术涉及一种FRD二极管，特别是一种反向恢复时间短的FRD二极管。

技术介绍

[0002]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℃。
[0003]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。
[0004]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。
[0005]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

[0006]本技术的目的在于，提供一种反向恢复时间短的FRD二极管。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。
[0007]本技术的技术方案：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。
[0008]前述的反向恢复时间短的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
°
。
[0009]前述的反向恢复时间短的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。
[0010]前述的反向恢复时间短的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。
[0011]前述的反向恢复时间短的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。
[0012]与现有技术相比，本技术具有以下特点：
[0013](1)本技术通过在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+衬底结构在加工时相比扩Pt工艺还能够有效避免对半导体产线造成的污染，提高本技术的通用性；
[0014](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；
[0015]所以，本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
[0016]图1是本技术的结构示意图；
[0017]图2是沟槽和P+衬底结构的放大图；
[0018]图3是现有FRD二极管的结构示意图；
[0019]图4是本技术的工艺流程图。
[0020]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
[0021]下面结合附图和实施例对本技术作进一步的说明，但并不作为对本技术限制的依据。
[0022]实施例。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。
[0023]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
°
。
[0024]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。
[0025]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I 0.4～0.6um。
[0026]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。
[0027]所述反向恢复时间短的FRD二极管的制备方法,如图4所示,包括以下步骤：
[0028]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；
[0029]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；
[0030]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；
[0031]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；
[0032]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。
[0033]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，再经光本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.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，...

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