專利名稱：一種快恢復二極管及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明主要涉及到一種快恢復ニ極管器件的結(jié)構(gòu)和制作エ藝，尤其涉及ー種新型的具有低正向壓降的溝槽結(jié)構(gòu)侵入PN結(jié)的肖特基快恢復ニ極管器件的結(jié)構(gòu)和制作エ藝。
背景技術(shù)：
具有溝槽結(jié)構(gòu)的半導體器件，已成為器件發(fā)展的重要趨勢。對于功率半導體器件，不斷降低導通壓降或不斷提高電流密度的要求成為器件發(fā)展的重要趨勢。結(jié)勢壘型肖特基整流器的發(fā)明人B J Baliga提出了ー種侵入PN結(jié)的肖特基勢壘整流器(MPS)，如圖I所示，器件的表面含有多個P型導電材料區(qū)103，在P型導電材料區(qū)之間半導體材料表面為肖特基勢壘結(jié)104。當器件加反向偏壓時，多個P型導電材料區(qū)103產(chǎn)生的耗盡層在肖特基勢壘結(jié)4下發(fā)生交疊，從而減緩了肖特基勢壘結(jié)4區(qū)域電場強度隨反 向偏壓增加而增加的趨勢。其制造方法包括如下步驟第一歩，準備高濃度雜質(zhì)摻雜的N型襯底層101上具有輕濃度雜質(zhì)摻雜的N型漂移層102的硅片；第二步，進行熱處理，在硅片表面生長氧化層105 ;第三步，進行一次光刻腐蝕，在硅片表面去除多個區(qū)域的氧化層;第四步，在多個裸露硅區(qū)域進行硼擴散，從而形成P型導電材料區(qū)103、保護環(huán)106和分壓環(huán)107 ;第五歩，二次光刻腐蝕，去除表面器件邊緣氧化層105，進行磷擴散，形成終止環(huán)108 ；第六步，三次光刻腐蝕，去除表面部分氧化層105 ;第七步；淀積勢壘金屬，進行燒結(jié)エ藝，在裸露的硅表面的N型區(qū)域形成肖特基勢壘結(jié)，在裸露的硅表面P型區(qū)域形成歐姆接觸，腐蝕去除勢壘金屬；第八步，表面淀積正面電極金屬110 ;第九歩，四次光刻腐蝕，去除器件表面邊緣金屬；第十步，進行背面金屬化工藝，形成背面電極金屬111，作為器件的背面電極。傳統(tǒng)的MPS器件肖特基勢壘區(qū)侵入了多個圓形的P型導電材料區(qū)，肖特基面積和P型導電材料區(qū)面積相互限制，如果增加P型導電材料區(qū)之間的距離，提高了肖特基的面積占整個器件的面積百分比，可以降低器件小電流密度下的正向壓降，同時引起大電流密度下的正向壓降升高、反向擊穿電壓的降低和反向漏電流的増大，影響了器件的正反向?qū)ㄌ匦浴?br>
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對上述問題提出，提供ー種新型的具有低正向壓降的快恢復ニ極管器件。一種快恢復ニ極管器件，包括襯底層，為第一導電類型半導體材料；漂移層，位于襯底層之上，為第一導電類型半導體材料；多個溝槽，位于漂移層表面；絕緣介質(zhì)，位于溝槽與溝槽之間的半導體材料上表面和器件邊緣表面；第一 P型區(qū)，為第二導電類型半導體材料，被設(shè)置在臨靠溝槽側(cè)壁和絕緣介質(zhì)的漂移層中；第二 P型區(qū)，為第二導電類型半導體材料，被設(shè)置在臨靠溝槽底部的漂移層中；肖特基勢壘層，位于溝槽側(cè)壁的第一導電類型半導體材料表面；分壓環(huán)裝置，為ー個或多個溝槽，且臨靠溝槽的半導體材料被設(shè)置為第二導電類型半導體材料，位于如上所述的半導體裝置周圍。一種快恢復ニ極管器件的制造方法，其特征在于包括如下步驟I)在具有襯底層的漂移層表面形成絕緣介質(zhì)；
2)通過光刻腐蝕エ藝，去除待形成第二導電類型半導體材料區(qū)表面的絕緣介質(zhì)；3)在裸露的漂移層表面進行第二導電類型雜質(zhì)擴散；4)通過光刻腐蝕エ藝，去除待形成溝槽表面的絕緣介質(zhì)，進行刻蝕半導體材料形成溝槽；5)注入第二導電類型雜質(zhì)，進行熱處理；6)通過光刻腐蝕エ藝，去除器件邊緣絕緣介質(zhì)，進行第一導電類型雜質(zhì)擴散；7)去除溝槽內(nèi)壁和器件邊緣絕緣介質(zhì)；
8)在溝槽內(nèi)壁形成金屬，低溫熱處理；9)在器件上表面形成金屬，通過光刻腐蝕エ藝，去除上表面部分金屬；10)通過背面金屬化工藝，在器件襯底層底部形成金屬。本發(fā)明的快恢復ニ極管器件，具有溝槽結(jié)構(gòu)，將肖特基勢壘層設(shè)置在溝槽的側(cè)壁，與傳統(tǒng)的MPS器件相比，提高了器件的肖特基面積，從而降低了器件的小電流密度下的導通壓降；同時，引入了兩個P型區(qū)，分別位于溝槽的底部和溝槽間的半導體材料上部，傳統(tǒng)的MPS器件相比，提高了器件的P型區(qū)面積，加強了器件的電導調(diào)制效應，從而降低了器件的大電流密度下的導通壓降，提高了器件的導通電流密度。因本發(fā)明的快恢復ニ極管器件將肖特基勢壘層設(shè)置在溝槽的側(cè)壁，同時溝槽底部含有P型區(qū)，此種結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)的MPS器件相比，當器件加反向偏壓時，極大的減緩了肖特基勢壘結(jié)附近電場強度隨反向電壓的升高而升高趨勢的趨勢，降低了肖特基鏡像力的效應，從而提高了器件的反向擊穿壓降和降低了器件的反向漏電流。本發(fā)明的快恢復ニ極管器件的分壓環(huán)結(jié)構(gòu)，是在器件中心元胞形成的同時而形成；采用比器件中心元胞溝槽寬度更窄的槽寬，從而在腐蝕溝槽時，溝槽的深度比器件中心元胞溝槽的深度要淺，因此兩次P型雜質(zhì)形成的P型導電材料區(qū)相連，最終形成由完全被P型導電材料包裹的溝槽構(gòu)成成的分壓環(huán)結(jié)構(gòu)。


圖I為傳統(tǒng)侵入PN結(jié)的肖特基勢壘的整流器的剖面示意圖；圖2為本發(fā)明一種快恢復ニ極管的剖面示意圖；圖3為本發(fā)明一種快恢復ニ極管一種實施方式第三步的剖面示意圖；圖4為本發(fā)明一種快恢復ニ極管一種實施方式第四步的剖面示意圖；圖5為本發(fā)明一種快恢復ニ極管一種實施方式第五步的剖面示意圖；圖6為本發(fā)明一種快恢復ニ極管一種實施方式第七步的剖面示意圖；圖7為本發(fā)明一種快恢復ニ極管一種實施方式第八步的剖面示意圖；附圖標記說明圖I標記如下101、襯底層；102、漂移層；103、P型導電材料區(qū)；104、肖特基勢壘結(jié)；105、氧化層；106、保護環(huán)；107、分壓環(huán)；108、終止環(huán)；110、正面電極金屬；111、背面電極金屬。圖2到圖7標記如下I、襯底層；2、漂移層；3、第一 P型區(qū)；4、第二 P型區(qū)；5、肖特基勢壘層；6、氧化層；
7、分壓環(huán)；8、終止環(huán)；10、正面電極金屬；11、背面電極金屬。
具體實施例方式實施例圖2為本發(fā)明的一種快恢復ニ極管的剖面示意圖，其中包括N型導電半導體硅材料襯底層I，為重摻雜的N導電類型硅半導體材料，磷摻雜濃度為lE19cnT3 ;在N型導電半導體硅材料襯底層I上表面為N型導電半導體硅材料漂移層2，磷摻雜濃度為2E14cm_3，，厚度為60 ii m ;第一 P型區(qū)3,位于溝槽間的上部,為P型導電半導體娃材料,結(jié)深為I. 5 ii m ;第ニ P型區(qū)4，位于溝槽底部，為P型導電半導體硅材料，結(jié)深為I U m ;肖特基勢壘結(jié)5，位于溝槽側(cè)壁，溝槽深度為4 ii m寬度為2 ii m,肖特基勢魚結(jié)長度為2 y m ;氧化層6,位于半導體材料表面；分壓環(huán)7，為P型導電半導體硅材料包裹溝槽構(gòu)成，溝槽的寬度為Iiim;終止環(huán)8，位于器件的邊緣，為高濃度磷雜質(zhì)摻雜的N型導電半導體娃材料；正面電極金屬10和背面電極金屬11位于器件的正背面，為器件引出電極。其制作エ藝包括如下步驟第一歩，在具有襯底層I的漂移層2的N型硅片表面熱處理形成絕緣介質(zhì)氧化層6 ；第二步，通過一次光刻腐蝕エ藝，去除待形成P型區(qū)表面的絕緣介質(zhì)氧化層6 ；第三步，在裸露的漂移層表面進行硼注入退火，形成第一 P型區(qū)3和分壓環(huán)7，如圖3所示；第四步，通過二次光刻腐蝕エ藝腐蝕去除待形成溝槽表面的氧化層6，進行干法刻蝕半導體材料形成溝槽，如圖4所示，器件中心元胞溝槽深度為4 iim，器件中心元胞的窗ロ寬度為2 u m,因器件邊緣的分壓環(huán)7溝槽窗ロ較小，所以溝槽深度為2pm;第五步，注入硼雜質(zhì)，進行熱處理退火，在器件中心元胞溝槽底部形成第二 P型區(qū)4，在器件邊緣溝槽底部形成分壓環(huán)7，如圖5所示；第六歩，通過三次光刻腐蝕エ藝，去除器件邊緣絕緣介質(zhì)氧化層6，進行磷雜質(zhì)擴散，形成終止環(huán)8;第七步，去除溝槽內(nèi)壁和器件邊緣絕緣介質(zhì)氧化層6，如圖6所示；第八步，在溝槽內(nèi)壁形成勢壘金屬，低溫熱處理，形成肖特基勢壘層5，腐蝕去除多余勢魚金屬，如圖7所示；第九步，在器件上表面形成金屬，通過光刻腐蝕エ藝，去除上表面部分金屬，形成正面電極金屬10 ；第十步，通過背面金屬化工藝，在器件襯底層底部形成金屬，形成背面電極金屬11，如圖2所示。 通過上述實施例闡述了本發(fā)明，同時也可以采用其它實施例實現(xiàn)本發(fā)明。本發(fā)明不局限于上述具體實施例，因此本發(fā)明由所附權(quán)利要求范圍限定。
權(quán)利要求
1.一種快恢復ニ極管，其特征在干包括 襯底層，為第一導電類型半導體材料； 漂移層，位于襯底層之上，為第一導電類型半導體材料； 多個溝槽，位于漂移層表面； 絕緣介質(zhì)，位于溝槽與溝槽之間的半導體材料上表面和器件邊緣表面； 第一 P型區(qū)，為第二導電類型半導體材料，被設(shè)置在臨靠溝槽側(cè)壁和絕緣介質(zhì)的漂移層中； 第二 P型區(qū)，為第二導電類型半導體材料，被設(shè)置在臨靠溝槽底部的漂移層中； 肖特基勢壘層，位于溝槽側(cè)壁的第一導電類型半導體材料表面； 分壓環(huán)裝置，為ー個或多個溝槽，且整個臨靠其溝槽的半導體材料被設(shè)置為第二導電類型半導體材料，位于如上所述的半導體裝置周圍。
2.如權(quán)利要求I所述的半導體器件，其特征在于所述的肖特基勢壘層位于第一P型區(qū)和第二 P型區(qū)之間。
3.如權(quán)利要求I所述的半導體器件，其特征在于所述的肖特基勢壘層為勢壘金屬和第 一導電類型半導體材料形成化合物。
4.如權(quán)利要求I所述的半導體器件，其特征在于所述的第一P型區(qū)和第二 P型區(qū)不相連。
5.如權(quán)利要求I所述的半導體器件，其特征在于所述的不同溝槽底部的第二P型區(qū)之間不相連。
6.如權(quán)利要求I所述的半導體器件，其特征在于所述的溝槽內(nèi)壁的第二導電類型半導體材料表面為歐姆接觸區(qū)域。
7.如權(quán)利要求I所述的半導體器件，其特征在于所述的分壓環(huán)裝置外圍可以設(shè)置終止環(huán)，終止環(huán)由高濃度雜質(zhì)摻雜的第一導電類型半導體材料構(gòu)成，位于器件表面邊緣附近區(qū)域。
8.如權(quán)利要求I所述的ー種快恢復ニ極管的制造方法，其特征在于包括如下步驟 1)在具有襯底層的漂移層表面形成絕緣介質(zhì)； 2)通過光刻腐蝕エ藝，去除待形成第二導電類型半導體材料區(qū)表面的絕緣介質(zhì)； 3)在裸露的漂移層表面進行第二導電類型雜質(zhì)擴散； 4)通過光刻腐蝕エ藝,去除待形成溝槽表面的絕緣介質(zhì),進行刻蝕半導體材料形成溝槽； 5)注入第二導電類型雜質(zhì)，進行熱處理； 6)通過光刻腐蝕エ藝，去除器件邊緣絕緣介質(zhì)，進行第一導電類型雜質(zhì)擴散； 7)去除溝槽內(nèi)壁絕緣介質(zhì)； 8)在溝槽內(nèi)壁形成金屬，低溫熱處理； 9)在器件上表面形成金屬，通過光刻腐蝕エ藝，去除上表面部分金屬； 10)通過背面金屬化工藝，在器件襯底層底部形成金屬。
9.如權(quán)利要求8所述的制備方法，其特征在于所述的刻蝕溝槽，元胞溝槽的深度大于此步刻蝕エ藝之前的雜質(zhì)擴散的結(jié)深。
10.如權(quán)利要求8所述的制備方法，其特征在于所述的第6步驟可以省略。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種快恢復二極管器件，還涉及一種快恢復二極管器件的制造方法；本發(fā)明將溝槽結(jié)構(gòu)加入到傳統(tǒng)侵入PN結(jié)的肖特基勢壘的整流器(MPS)結(jié)構(gòu)中，本發(fā)明的一種快恢復二極管器件與傳統(tǒng)MPS器件相比具有更低正向壓降和更高的電流密度。
文檔編號H01L29/872GK102867849SQ20111019150
公開日2013年1月9日 申請日期2011年7月8日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月8日
發(fā)明者盛況, 朱江 申請人:盛況