一种快速开通的浮岛器件及其制造方法技术

本发明专利技术涉及半导体技术领域中的一种快速开通的浮岛器件及其制造方法，包括表面层、底层和漂移区，漂移区包括若干组衬底层和若干组浮岛层，每两组所述衬底层之间设置有一组浮岛层，或每两组所述浮岛层之间设置有一组衬底层，在浮岛层中设置重掺杂反型区，具有消除空间电荷对电流的阻碍的优点，缓解了漂移区中有相反类型掺杂区域的浮岛器件在较低的偏压下不能够恢复导通能力的问题。不能够恢复导通能力的问题。不能够恢复导通能力的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种快速开通的浮岛器件及其制造方法


[0001]本专利技术涉及半导体
，具体涉及一种快速开通的浮岛器件及其制造方法。

技术介绍

[0002]近年来国际上对节能减排越来越重视，这对大型电力电子设备的损耗控制和效率提升提出了更高的要求，作为电力电子设备的重要组成部分，半导体功率器件受到了业界的广泛关注。
[0003]击穿电压是半导体功率器件的重要指标，表示器件能够耐受的最大电压，浮岛器件（或称为浮空结器件）是指一种特殊的功率器件，它的漂移区中存在不与电极直接相连，且掺杂类型与漂移区相反的区域，在漂移区掺杂为N型的浮岛器件由阻断状态转变为导通状态的瞬间，由于漂移区内部的P型掺杂区与电极没有直接连接，空穴载流子无法进入到P型掺杂区中，导致负电荷留在P型掺杂区中，同时大量正电荷被吸引到N型漂移区中，以空间电荷的形式占满漂移区，引起能带弯曲，从而阻碍电子载流子流动，即漂移区中有浮空掺杂区的浮岛器件，不能在低压下完成导通恢复。在这种情况下，唯有偏压足够大时，电荷才能通过漂移区导电，但当偏压较低时，则存在无法恢复导通能力的问题。

技术实现思路

[0004]本专利技术针对现有技术中的缺点，提供了一种快速开通的浮岛器件和制造方法，具有消除电流阻碍的优点，突破了在较低的偏压下不能够恢复导通能力的瓶颈。
[0005]为了解决上述技术问题，本专利技术通过下述技术方案得以解决：根据本专利技术实施例的一种快速开通的浮岛器件，包括表面层、底层和漂移区，所述漂移区包括交替排布的衬底层和浮岛层，所述表面层和底层位于漂移区的两端，其中至少一个所述浮岛层中设置有第一掺杂区和第二掺杂区，所述第一掺杂区与所述衬底层的掺杂类型相反，所述第二掺杂区的掺杂类型与所述衬底层的掺杂类型相同。
[0006]可选的，所述第二掺杂区分布于所述第一掺杂区中或者部分所述第二掺杂区分布于所述第一掺杂区中。
[0007]可选的，所述第二掺杂区的下边缘不低于所述第一掺杂区的下边缘，所述第二掺杂区的上边缘直接与衬底层接触。
[0008]可选的，所述第二掺杂区分布于所述第一掺杂区内的长度小于所述第一掺杂区的长度。
[0009]可选的，其中至少一个所述浮岛层包括若干间隔排布的所述第二掺杂区。
[0010]可选的，所述若干间隔排布的第二掺杂区的总长度小于所述第一掺杂区的长度。
[0011]可选的，其中至少一个所述浮岛层还包括第三掺杂区，所述第三掺杂区与所述衬底层的掺杂类型相同。
[0012]可选的，当所述快速开通的浮岛器件为快速开通的浮岛肖特基二极管时，所述表面层包括阳极金属，所述底层包括阴漏极金属；当所述快速开通的浮岛器件为快速开通的
浮岛PN二极管时，所述表面层包括阳极金属和阳极掺杂区，所述阳极掺杂区的掺杂类型与衬底层相反，所述底层包括阴漏极金属；以及当所述快速开通的浮岛器件为快速开通的浮岛结势垒肖特基二极管时，所述表面层包括阳极金属、阳极掺杂区和阳极衬底区，所述阳极掺杂区的掺杂类型与衬底层相反，所述阳极衬底区的掺杂类型与衬底层相同，所述底层包括阴漏极金属。
[0013]可选的，当所述快速开通的浮岛器件为快速开通的浮岛结势垒肖特基二极管时，所述表面层还包括第二掺杂区。
[0014]可选的，当所述快速开通的浮岛器件为快速开通的浮岛MOSFET时，所述表面层包括源极金属、沟道阱掺杂区、源极掺杂区、栅氧层和栅极金属，所述底层包括阴漏极金属；当所述快速开通的浮岛器件为快速开通的浮岛IGBT时，所述表面层包括源极金属、沟道阱掺杂区、源极掺杂区、栅氧层和栅极金属，所述底层包括阴漏极金属和漏极掺杂区。
[0015]可选的，三维结构中，所述第一掺杂区、第二掺杂区和第三掺杂区在一维度上延伸至整个元胞；或者第一掺杂区和第三掺杂区在所述维度上延伸至整个元胞，而第二掺杂区在所述维度上只有一部分延伸；或者第三掺杂区在所述维度上延伸至整个元胞，而第二掺杂区和第一掺杂区在所述维度上只有一部分延伸。
[0016]可选的，所述第二掺杂区的上边缘高于或等于或低于所述第一掺杂区的上边缘。
[0017]根据本专利技术另一实施例的一种快速开通的浮岛器件，包括表面层、底层和漂移区，所述漂移区包括交替排布的多个衬底层和多个浮岛层，所述表面层和底层位于漂移区的两端，其中至少两个所述浮岛层中设置有第一掺杂区和第二掺杂区，所述第二掺杂区与所述第一掺杂区的上边缘接触，所述第一掺杂区与所述衬底层的掺杂类型相反，所述第二掺杂区的掺杂类型与所述衬底层的掺杂类型相同，所述第二掺杂区的掺杂浓度高于所述衬底层的掺杂浓度，所述第二掺杂区的上边缘直接与衬底层接触。
[0018]根据本专利技术另一实施例的一种快速开通的浮岛器件的制造方法，所述制造方法用于制造上述任意一项所述的快速开通的浮岛器件。
[0019]根据本专利技术另一实施例的一种快速开通的浮岛肖特基二极管的制造方法，包括以下步骤：在N型衬底层上生长N型外延层；通过光刻和P型离子注入，在N型衬底层中形成浮岛层，所述浮岛层包括第一掺杂区、第二掺杂区和第三掺杂区，所述第二掺杂区分布于所述第一掺杂区中或者部分所述第二掺杂区分布于所述第一掺杂区中，所述第一掺杂区与所述衬底层的掺杂类型相反，所述第二掺杂区的掺杂类型与所述衬底层的掺杂类型相同，所述第三掺杂区与所述衬底层的掺杂类型相同；重复叠加N型衬底层和形成浮岛层；通过金属溅射法或金属蒸发法在漂移区两端形成表面层和底层，然后通过高温退火，使得底层与N型衬底层之间形成欧姆接触，使得表面层与N型衬底层之间形成肖特基接触。
[0020]采用本专利技术提供的技术方案，与现有技术相比，具有如下有益效果：通过引入与第一掺杂区具有相反掺杂类型的第二掺杂区，使得当浮岛器件由阻断状态变为导通状态的瞬间，随着漂移区两端外加电势的降低，衬底层中出现与阻断时电场相反的电场，从而将衬底层中的正电荷推入第二掺杂区，使得衬底层中的空间电荷聚集在第二掺杂区中，而不是分散在整个衬底层中，使得当偏压较低时漂移区中的电荷也能够避免由于电荷堆积产生对电流的阻碍作用，使漂移区可以顺利导通电流，进而使得浮岛器件即使在较低的偏压下依然能够迅速恢复导通能力；当第二掺杂区的掺杂浓度很高时，可以
增加第二掺杂区与浮岛之间形成的PN结的隧穿效应，从而在开通瞬间，随着漂移区两端外加电势的降低，衬底层中的空间电荷聚集在第二掺杂区中，可以利用隧穿效应实现第二掺杂区和浮岛之间载流子的复合，从而进一步减小浮岛周围的耗尽区宽度，增加电流导通能力。
附图说明
[0021]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0022]图1为实施例一提出的一种快速开通的浮岛器件的截面结构示意图；图2为实施例二提出的一种快速开通的浮岛器件的浮岛层的截面结构示意图；图3为实施例三提出的一种快速开通的浮本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种快速开通的浮岛器件，其特征在于，包括表面层、底层和漂移区，所述漂移区包括交替排布的衬底层和浮岛层，所述表面层和底层位于漂移区的两端，其中至少一个所述浮岛层中设置有第一掺杂区和第二掺杂区，所述第一掺杂区与所述衬底层的掺杂类型相反，所述第二掺杂区的掺杂类型与所述衬底层的掺杂类型相同。2.根据权利要求1所述的一种快速开通的浮岛器件，其特征在于，所述第二掺杂区分布于所述第一掺杂区中或者部分所述第二掺杂区分布于所述第一掺杂区中。3.根据权利要求1所述的一种快速开通的浮岛器件，其特征在于，所述第二掺杂区的下边缘不低于所述第一掺杂区的下边缘，所述第二掺杂区的上边缘直接与衬底层接触。4.根据权利要求1所述的一种快速开通的浮岛器件，其特征在于，所述第二掺杂区分布于所述第一掺杂区内的长度小于所述第一掺杂区的长度。5.根据权利要求1所述的一种快速开通的浮岛器件，其特征在于，其中至少一个所述浮岛层包括若干间隔排布的所述第二掺杂区。6.根据权利要求5所述的一种快速开通的浮岛器件，其特征在于，所述若干间隔排布的第二掺杂区的总长度小于所述第一掺杂区的长度。7.根据权利要求1所述的一种快速开通的浮岛器件，其特征在于，其中至少一个所述浮岛层还包括第三掺杂区，所述第三掺杂区与所述衬底层的掺杂类型相同。8.根据权利要求1所述的一种快速开通的浮岛器件，其特征在于，当所述快速开通的浮岛器件为快速开通的浮岛肖特基二极管时，所述表面层包括阳极金属，所述底层包括阴漏极金属；当所述快速开通的浮岛器件为快速开通的浮岛PN二极管时，所述表面层包括阳极金属和阳极掺杂区，所述阳极掺杂区的掺杂类型与衬底层相反，所述底层包括阴漏极金属；当所述快速开通的浮岛器件为快速开通的浮岛结势垒肖特基二极管时，所述表面层包括阳极金属、阳极掺杂区和阳极衬底区，所述阳极掺杂区的掺杂类型与衬底层相反，所述阳极衬底区的掺杂类型与衬底层相同，所述底层包括阴漏极金属。9.根据权利要求8所述的一种快速开通的浮岛器件，其特征在于，当所述快速开通的浮岛器件为快速开通的浮岛结势垒肖特基二极管时，所述表面层还包括第二掺杂区。10.根据权利要求1所述的一种快速开通的浮岛器件，其特征在于，当所述快速开通的浮岛器件为快速开通的浮岛MOSFET时，所述表面层包括源极金属、沟道阱掺杂区、源极掺杂区、栅氧层和栅极金属，所述底层包括阴漏极金属；当所述快速开通的浮岛器件为快速开通的浮岛IGBT时，所述表面层包括源极金属、沟道阱掺杂区、源极掺杂区、栅氧层和栅极金属，所述底层包括阴漏极金属和漏极掺杂区。11.根据权利要求1所述的一种快速开通的浮岛器件，其特征在于，三维结构中，所述第一掺杂区、第二掺杂区和第三掺杂区在一维度上延伸至整个元胞；或者第一掺杂区和第三掺杂区在所述维度上延伸至整个元胞，而第二掺杂区在所述维度上只有一部分延伸；或者第三掺杂区在所述维度上延伸至整个元胞，而第二掺杂区和第一掺杂区在所述维...

【专利技术属性】
技术研发人员：盛况，王策，王珩宇，任娜，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：