一种高压快恢复二极管及其制备方法技术

本申请属于功率器件技术领域，提供了一种高压快恢复二极管及其制备方法，通过在N型外延层的正面形成凹槽，然后向凹槽的底部以及凹槽的侧壁下方注入第一P型掺杂离子后高温退火形成第一P型掺杂区，以预设角度D向凹槽注入第二P型掺杂离子，然后低温退火在凹槽的侧壁形成第二P型掺杂区，其中，第一P型掺杂区的掺杂浓度小于第二P型掺杂区的掺杂浓度，从而使得凹槽底部对肖特基器件的电场屏蔽较弱，凹槽侧壁的阳极注入效率较高，IRM较高，同时满足对肖特基器件的电场屏蔽较高，且对IRM影响较小的条件，实现了快恢复二极管器件的高耐压、低VF、高软度、低IRM的特性。低IRM的特性。低IRM的特性。

【技术实现步骤摘要】
一种高压快恢复二极管及其制备方法


[0001]本申请属于功率器件
，尤其涉及一种高压快恢复二极管及其制备方法。

技术介绍

[0002]快恢复二极管通常有PIN结构的外延构成，在全局或局部载流子寿命控制技术的应用下，降低载流子寿命，使二极管具备快速恢复的特性。该类二极管通常同IGBT并联使用，二极管反向恢复过程中产生的峰值电流通常会使IGBT的开通损耗增加，若外延缓冲层控制不好会导致低的软度，影响IGBT的栅极电压。通常使用全局载流子寿命控制的快速恢复二极管的正向开启压降（VF）越高即阳极注入效率低，反向峰值电流（IRM）相对小，对IGBT的影响越小，但二极管的损耗增加。
[0003]MPS快速恢复二极管由于融合肖特基和PIN结构，在不提升正向VF的情况下，降低了阳极注入效率，具备制造低VF，低IRM和高压快速恢复二极管的条件，但由于肖特基结在没有很好的电场屏蔽下漏电较大，为获得较好的电场屏蔽效应，需制备高浓P结，对肖特基结区进行耗尽，同时提升了阳极注入效率，因此目前制备高压MPS快速恢复二极管存在较高的难度。

技术实现思路

[0004]本申请的目的在于提供一种高压快恢复二极管及其制备方法，旨在解决目前的快速恢复二极管结构无法同时满足较低的VF以及较低的阳极注入效率的问题。
[0005]本申请实施例第一方面提供了一种高压快恢复二极管的制备方法，所述制备方法包括：在N型外延层的正面形成氧化层，并在光刻胶的保护下刻蚀所述氧化层和所述N型外延层，以在所述N型外延层的正面形成凹槽；向所述凹槽的底部以及所述凹槽的侧壁下方注入第一P型掺杂离子，并在第一退火条件下进行退火处理，以在所述凹槽的底部形成第一P型掺杂区，在所述第一P型掺杂区与所述N型外延层之间的界面处形成N型沟道区；其中，所述第一P型掺杂区包围于所述凹槽的底部；以预设角度D向所述凹槽注入第二P型掺杂离子；其中，D=arctan（A/（B+C）），A为所述凹槽的宽度，B为所述氧化层的厚度，C为所述凹槽的深度；去除所述氧化层，并在第二退火条件下进行退火处理，以在所述凹槽的侧壁形成第二P型掺杂区；其中，所述第二退火条件中的退火温度小于所述第一退火条件中的退火温度，所述第二P型掺杂区的掺杂浓度大于所述第一P型掺杂区的掺杂浓度；在所述凹槽两侧形成肖特基金属层，并在所述凹槽的底部和侧壁形成欧姆金属层；在所述N型外延层的背面形成阴极金属层。
[0006]在一个实施例中，所述以预设角度D向所述凹槽注入第二P型掺杂离子的步骤之后
还包括：向所述凹槽的侧壁上方注入第三P型掺杂离子，以在所述凹槽的侧壁上方形成第三P型掺杂区；所述第三P型掺杂区的掺杂浓度大于所述第二P型掺杂区的掺杂浓度。
[0007]在一个实施例中，所述向所述凹槽的侧壁上方注入第三P型掺杂离子的步骤包括：向所述N型外延层的正面、所述凹槽的底部以及所述凹槽的侧壁下方形成第二刻蚀掩膜确定第三P型离子掺杂区域；在所述第二刻蚀掩膜的保护下向所述凹槽的侧壁上方注入第三P型掺杂离子；去除所述第二刻蚀掩膜和所述氧化层，并在所述第二退火条件下进行退火处理。
[0008]在一个实施例中，所述第二P型掺杂离子的注入剂量至少为所述第一P型掺杂离子的注入剂量的10倍。
[0009]在一个实施例中，所述第一退火条件中的退火温度为1050℃
‑
1200℃，所述第一退火条件中的退火时间为100分钟
‑
600分钟；所述第二退火条件中的退火温度为800℃
‑
1000℃，所述第二退火条件中的退火时间为30分钟
‑
90分钟。
[0010]在一个实施例中，所述第一P型掺杂离子的注入角度小于45
°
。
[0011]在一个实施例中，所述凹槽的侧壁下方形成的所述第一P型掺杂区与所述凹槽的底部之间的距离小于所述凹槽的深度的二分之一。
[0012]本申请实施例第二方面还提供了一种高压快恢复二极管，所述高压快恢复二极管包括：N型外延层，其中，所述N型外延层的正面设有凹槽；第一P型掺杂区，包围于所述N型外延层的凹槽底部；N型沟道区，设于所述第一P型掺杂区与所述N型外延层之间；第二P型掺杂区，位于所述凹槽的侧面，且所述第二P型掺杂区与所述凹槽的底面之间的夹角为E=90
°
+D；其中，D为所述第二P型掺杂区中的离子注入角度，所述第二P型掺杂区的掺杂浓度大于所述第一P型掺杂区的掺杂浓度；肖特基金属层，位于所述N型外延层的正面，且位于所述凹槽两侧；欧姆金属层，位于所述凹槽内；阴极金属层，位于所述N型外延层的背面。
[0013]在一个实施例中，所述高压快恢复二极管还包括：第三P型掺杂区，设于所述凹槽的侧壁，且位于所述第一P型掺杂区与所述第二P型掺杂区之间；其中，所述第三P型掺杂区的掺杂浓度大于所述第二P型掺杂区的掺杂浓度。
[0014]在一个实施例中，所述第二P型掺杂区的横截面形状为平行四边形。
[0015]本申请提供的一种高压快恢复二极管及其制备方法中，通过在N型外延层的正面形成凹槽，然后向凹槽的底部以及凹槽的侧壁下方注入第一P型掺杂离子后高温退火形成第一P型掺杂区，以预设角度D向凹槽注入第二P型掺杂离子，然后低温退火在凹槽的侧壁形成第二P型掺杂区，其中，第一P型掺杂区的掺杂浓度小于第二P型掺杂区的掺杂浓度，从而使得凹槽底部对肖特基器件的电场屏蔽较弱，凹槽侧壁的阳极注入效率较高，IRM较高，同时满足对肖特基器件的电场屏蔽较高，且对IRM影响较小的条件，实现了快恢复二极管器件的高耐压、低VF、高软度、低IRM的特性。
附图说明
[0016]图1是本申请实施例提供的一种高压快恢复二极管的制备方法的流程示意图。
[0017]图2是本申请实施例提供的形成凹槽110的示意图。
[0018]图3是本申请实施例提供的形成第一P型掺杂区310的示意图。
[0019]图4是本申请实施例提供的形成第二P型掺杂区320的示意图。
[0020]图5是本申请实施例提供的P型掺杂区与N型外延层的掺杂浓度的示意图一。
[0021]图6是本申请实施例提供的高压快恢复二极管的结构示意图一。
[0022]图7是本申请实施例提供的形成第三P型掺杂区330的结构示意图。
[0023]图8是本申请实施例提供的P型掺杂区与N型外延层的掺杂浓度的示意图二。
[0024]图9是本申请实施例提供的高压快恢复二极管的结构示意图二。
具体实施方式
[0025]为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
[0026]需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高压快恢复二极管的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：在N型外延层的正面形成氧化层，并在光刻胶的保护下刻蚀所述氧化层和所述N型外延层，以在所述N型外延层的正面形成凹槽；向所述凹槽的底部以及所述凹槽的侧壁下方注入第一P型掺杂离子，并在第一退火条件下进行退火处理，以在所述凹槽的底部形成第一P型掺杂区，在所述第一P型掺杂区与所述N型外延层之间的界面处形成N型沟道区；其中，所述第一P型掺杂区包围于所述凹槽的底部；以预设角度D向所述凹槽注入第二P型掺杂离子；其中，D=arctan（A/（B+C）），A为所述凹槽的宽度，B为所述氧化层的厚度，C为所述凹槽的深度；去除所述氧化层，并在第二退火条件下进行退火处理，以在所述凹槽的侧壁形成第二P型掺杂区；其中，所述第二退火条件中的退火温度小于所述第一退火条件中的退火温度，所述第二P型掺杂区的掺杂浓度大于所述第一P型掺杂区的掺杂浓度；在所述凹槽两侧形成肖特基金属层，并在所述凹槽的底部和侧壁形成欧姆金属层；在所述N型外延层的背面形成阴极金属层。2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述以预设角度D向所述凹槽注入第二P型掺杂离子的步骤之后还包括：向所述凹槽的侧壁上方注入第三P型掺杂离子，以在所述凹槽的侧壁上方形成第三P型掺杂区；所述第三P型掺杂区的掺杂浓度大于所述第二P型掺杂区的掺杂浓度。3.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述向所述凹槽的侧壁上方注入第三P型掺杂离子的步骤包括：向所述N型外延层的正面、所述凹槽的底部以及所述凹槽的侧壁下方形成第二刻蚀掩膜确定第三P型离子掺杂区域；在所述第二刻蚀掩膜的保护下向所述凹槽的侧壁上方注入第三P型掺杂离子；去除所述第二刻蚀掩膜和所述氧化层，并在所述第二退火条件下进行退火处理。4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述第二P型掺杂离子的注入剂量至少为所述第一P型掺杂...

【专利技术属性】
技术研发人员：张益鸣，刘杰，
申请(专利权)人：深圳芯能半导体技术有限公司，
类型：发明
国别省市：