專利名稱：超快恢復(fù)二極管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及超快恢復(fù)二極管。本申請涉及2004年6月15提交的屬于Yu和Lin的名為“Shottky BarrierRectifier and Method of Manufacturing the Same”的第 10/869，718號共同未決的共有美國專利申請，其全部內(nèi)容結(jié)合于此作為參考。
背景技術(shù)：
在開關(guān)式電源的效率中的一個重要因素是用于這中電路中的二極管的性能。更具體地，這種二極管的反向恢復(fù)可以降低這種電源中的晶體管開關(guān)的導(dǎo)通損耗。例如，在開啟·開關(guān)期間，反向恢復(fù)瞬變電流作為額外的電流組分出現(xiàn)，因此開關(guān)的導(dǎo)通損耗比其另外沒有這種反向恢復(fù)組分的情況下的導(dǎo)通損耗高得多。因此，對于改善開關(guān)式電源的效率來說，減少金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(MOSFET)體二極管反向恢復(fù)電荷(Qrr)和/或減少反向恢復(fù)時間(trr)是重要的。然而，不走運地是，如果反向恢復(fù)太突然，則電流和電壓將經(jīng)歷不良振蕩。這種振蕩可以導(dǎo)致(例如)，低效電源運轉(zhuǎn)、有害噪聲輸出(例如，電源波紋和/或電磁干擾)、和/或極高的并且可能是破壞性的電壓尖峰信號(voltage spike)。

發(fā)明內(nèi)容
因此，非常期待保持軟恢復(fù)特性的具有減少的反向恢復(fù)電荷的快恢復(fù)二極管。還存在這樣的期待滿足之前確定的對可以按照溝槽或平面形式(version)而形成的超快恢復(fù)二極管的期望。還存在另一種期待滿足之前確定的對按照與傳統(tǒng)半導(dǎo)體制造工藝和設(shè)備兼容并互補(complimentary)的方式的期望。因此，公開了一種超快恢復(fù)二極管。在第一實施例中，整流器件包括第一極性的襯底、連接至襯底的第一極性的輕摻雜層、以及設(shè)置有該輕摻雜層的金屬化層。超快恢復(fù)二極管包括形成在輕摻雜層中的彼此分離的多個阱，該多個阱包括第二極性的摻雜質(zhì)。多個阱連接至金屬化層。超快恢復(fù)二極管還包括位于所述多個阱中的各個阱之間的多個區(qū)，其具有比輕摻雜層更重的第一極性摻雜。根據(jù)本發(fā)明的另一實施例，半導(dǎo)體器件包括整流器，其中，該整流器包括連接至可接觸的金屬層的多個P型阱。在整流器的正向偏壓條件下多個P型阱向多個P型阱之間的溝道區(qū)注入空穴。在整流器的反向偏壓條件下多個P型阱夾斷溝道區(qū)。半導(dǎo)體器件還包括位于多個P型阱之間的多個N型阱。多個N型阱抑制來自多個P型阱的少數(shù)載流子注入。


在附圖的多個圖中以實例的方式而不是以限制的方式示出本發(fā)明的實施例，其中，相同的參考標(biāo)號表不相同的兀件，在附圖中圖I示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的超快恢復(fù)二極管的側(cè)面截面圖。圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的可替換實施例的超快恢復(fù)二極管的側(cè)面截面圖。圖3示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的示例性的電流和時間恢復(fù)特性的關(guān)系。
具體實施例方式現(xiàn)在將對本發(fā)明的實施例進(jìn)行詳細(xì)地參考，本發(fā)明實例將在附圖中示出。盡管將結(jié)合這些實施例來描述本發(fā)明，但是應(yīng)當(dāng)理解它們不旨在將本發(fā)明限制于這些實施例。相反，本發(fā)明旨在覆蓋可以包括在所附權(quán)利要求所限定的本發(fā)明的范圍內(nèi)的替換、改變、及等 價物。此外，在本發(fā)明的以下詳細(xì)描述中，給出了許多特定細(xì)節(jié)以提供對本發(fā)明的透徹理解。然而，應(yīng)當(dāng)理解沒有這些特定細(xì)節(jié)也可以實施本發(fā)明。在其他實例中，為了避免不必要地模糊本發(fā)明的多個方面，沒有詳細(xì)描述已知的方法、步驟、組件、及電路。圖I示出了根據(jù)本發(fā)明的實施例的超快恢復(fù)二極管100的側(cè)面截面圖。二極管100形成在N外延層180中。二極管100包括具有氧化物側(cè)壁120的多個溝槽110。包括(例如)鎢或多晶硅的導(dǎo)電塞130埋置溝槽110，該導(dǎo)電塞將陽極金屬化(anodemetallization) 140 (例如，陽極觸點)與p講150連接起來。P講區(qū)150位于溝槽110之下。P阱區(qū)150被設(shè)計作為弱陽極(weak anode)。陽極140通常包括鋁，在一些實施例中，還可以包括約百分之一的硅。二極管100的溝槽110具有約0. 3微米至0. 7微米的示例性深度。二極管100的溝槽110具有約0. 3微米至0. 6微米的示例性寬度。溝槽110具有約0. 6微米至I. 3微米的示例性間距。應(yīng)當(dāng)理解，根據(jù)本發(fā)明的實施例也完全地適合于其他尺度。根據(jù)本發(fā)明的實施例，多個P阱150之間的區(qū)包括n型摻雜質(zhì)，稱為“n溝道增強(qiáng)”160。N溝道增強(qiáng)160包括約1.0 X IO15原子/立方厘米至2.0 x IO16原子/立方厘米的示例性摻雜。應(yīng)當(dāng)了解，這種摻雜級通常高于N外延層180的摻雜級。在陽極金屬140和N外延層180之間形成肖特基勢壘170。可以通過(例如)鄰近于N外延層處所設(shè)置的鋁(例如，鄰近于N外延層180處設(shè)置的包括鋁的陽極金屬140)的固有特性來形成肖特基勢壘170。根據(jù)本發(fā)明的實施例完全地適應(yīng)于肖特基勢壘170的其他形式。應(yīng)當(dāng)了解，在反向偏壓條件下，肖特基勢壘通常易于泄漏。然而，根據(jù)本發(fā)明的實施例，在反向偏壓情況下，P阱150夾斷(例如在多個P阱150之間形成耗盡區(qū))，確保了所期望的二極管100的擊穿電壓和低泄漏。有利地，二極管100的n溝道特性導(dǎo)致改善的反向恢復(fù)。對于這種改善的反向恢復(fù)的一個機(jī)理被認(rèn)為是抑制來自P阱150的少數(shù)載流子注入。圖2示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的超快恢復(fù)二極管200的側(cè)面截面圖。在N外延層280中形成二極管200。二極管200包括多個P阱區(qū)250。應(yīng)當(dāng)了解，P阱區(qū)250與陽極金屬化240接觸。P阱區(qū)250被設(shè)計作為弱陽極。例如，可以按照與多個溝槽110(圖I)的間距類似的間距來構(gòu)造多個P阱區(qū)250，例如，約0. 6微米至I. 3微米的間距。陽極240通常包括鋁，在一些實施例中，還可以包括約百分之一的硅。根據(jù)本發(fā)明的實施例，多個p阱250之間的區(qū)包括n型摻雜質(zhì)，稱為“n溝道增強(qiáng)”260。N溝道增強(qiáng)260包括約I. 0 X IO15原子/立方厘米至2. 0 x IO16原子/立方厘米的示例性摻雜。應(yīng)當(dāng)了解，這種摻雜級通常高于N外延層280的摻雜級。在陽極金屬240和N外延層280之間形成肖特基勢壘270?？梢酝ㄟ^(例如)鄰近于N外延層處所設(shè)置的鋁(例如，鄰近于N外延層280處設(shè)置的包括鋁的陽極金屬240)的固有特性來形成肖特基勢壘270。根據(jù)本發(fā)明的實施例完全地適應(yīng)于肖特基勢壘270的其他形式。根據(jù)本發(fā)明的實施例，按照與之前根據(jù)圖I描述的二極管100的方式相類似的方式，在反向偏壓的情況下，P阱250夾斷(例如，在多個P阱250之間形成耗盡區(qū))，確保了所期望的二極管200的低泄漏和擊穿電壓。有利地，二極管200的n溝道特性導(dǎo)致改善的反向恢復(fù)。對于這種改善的反向恢復(fù)的一個機(jī)理被認(rèn)為是抑制來自P阱250的少數(shù)載流子注入?？梢詫⒍O管100和200理解為包括與和結(jié)型場效應(yīng)晶體管(JFET)溝道和P本征N(PiN) 二極管的基極區(qū)相串聯(lián)的肖特基二極管。通過來自JFET的柵極的少數(shù)載流子注入來導(dǎo)電地調(diào)節(jié)PiN二極管。由于期望將肖特基勢壘區(qū)域與PiN區(qū)域的比值增加至大于1，因此應(yīng)當(dāng)利用相對精細(xì)的工藝幾何結(jié)構(gòu)來構(gòu)造二極管100和200。另外，相比于在相應(yīng)于較 大的工藝幾何結(jié)構(gòu)的較大的溝槽下方的P阱的摻雜，精細(xì)的工藝幾何結(jié)構(gòu)使設(shè)置在溝槽下方的P阱(例如，圖I的P阱150)的摻雜更加容易?，F(xiàn)在從功能上對二極管100 (圖I)和200 (圖2)進(jìn)行描述。JFET溝道形成在多個P阱之間。在正向偏壓條件下，P阱向JFET溝道注入空穴。這些額外的空穴降低了 JFET溝道的電阻，提高了整流器的肖特基區(qū)中的正向傳導(dǎo)。金屬和N外延之間的肖特基二極管的特征在于與PN 二極管相比其具有約0. 3伏特的較低的正向壓降。當(dāng)JFET溝道上的壓降達(dá)到約0.6伏特時，P阱開始注入空穴。N溝道增強(qiáng)區(qū)降低了 JFET溝道中的電阻，從而延遲了P阱的正向偏壓條件的發(fā)生。在這種情況下，多數(shù)電流流過JFET溝道。較少的少數(shù)載流子導(dǎo)致少數(shù)載流子的密度降低，在反向恢復(fù)器件的性能方面產(chǎn)生了有利的改善。在反向偏壓的條件下，在P阱周圍形成耗盡區(qū)。最終，這些耗盡區(qū)彼此重迭，導(dǎo)致了 JFET溝道的“夾斷”。有利地，根據(jù)本發(fā)明的實施例的特性在很大程度上由器件的幾何形狀來控制而不是由摻雜工藝來控制。一般而言，摻雜工藝會產(chǎn)生摻雜物密度的變化分布，因此幾何工藝通常更加精確。應(yīng)當(dāng)理解,通過例如包括少數(shù)載流子壽命減少(例如，包括電子放射，気、氦、或氫離子注入)或重金屬擴(kuò)散(例如鉬或金)多種公知技術(shù)的單一或多種結(jié)合，根據(jù)本發(fā)明的實施例完全地適合于性能調(diào)節(jié)。圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的實施例的示例性的電流與時間的恢復(fù)特性300?；謴?fù)特性310代表在傳統(tǒng)技術(shù)中所已知的示例性的600伏特超快二極管的反向恢復(fù)特性。應(yīng)當(dāng)了解，恢復(fù)特性包括約3安培的最大反向電流和約3x 10_8秒的持續(xù)時間?；謴?fù)特性320代表根據(jù)本發(fā)明的實施例的示例性的600伏特二極管的反向恢復(fù)特性。應(yīng)當(dāng)了解，相比于傳統(tǒng)二極管的特性310，該二極管的恢復(fù)特性包括小得多的電流。恢復(fù)特性320示出了約I. 3安培的最大反向電流。有利地，在持續(xù)時間上，該恢復(fù)持續(xù)時間(例如，約4. 5 X 10_8秒)稍微長于特性310的恢復(fù)持續(xù)時間?；謴?fù)特性330代表根據(jù)本發(fā)明的實施例的第二個示例性的600伏特二極管的反向恢復(fù)特性。應(yīng)當(dāng)了解，相比于傳統(tǒng)二極管的特性310，該二極管的恢復(fù)特性包括小得多的電流?；謴?fù)特性320示出了約0. 8安培的最大反向電流。有利地，在持續(xù)時間上，該恢復(fù)持續(xù)時間(例如，約4.5 X 10_8秒)稍微長于特性310的恢復(fù)持續(xù)時間。應(yīng)當(dāng)了解，本發(fā)明的實施例完全地適合于利用與本文所描述的那些材料的極性相反的材料來構(gòu)造。認(rèn)為這些可替換的實施例處于本發(fā)明的范圍之內(nèi)。根據(jù)本發(fā)明的實施例，提供了一種保持軟恢復(fù)特性的具有減少的反向恢復(fù)電荷的超快恢復(fù)二極管。根據(jù)本發(fā)明的其他實施例提供了之前確定的可以按照溝槽的或平面的形式而形成的超快恢復(fù)二極管中的特征。根據(jù)本發(fā)明的又一些實施例提供了之前確定的按照與傳統(tǒng)半導(dǎo)體制造工藝和設(shè)備兼容并互補(complimentary)方式的特征。從而描述了根據(jù)本發(fā)明的實施例，超快恢復(fù)二極管。盡管以特定的實施例描述了本發(fā)明，但是，應(yīng)當(dāng)了解，不應(yīng)當(dāng)將本發(fā)明解釋為局限于這些實施例，而應(yīng)當(dāng)解釋為根據(jù)以下的權(quán)利要求?！?br> 權(quán)利要求
1.一種超快二極管，其中所述超快二極管形成為平面構(gòu)造，包括 第一極性的襯底； 所述第一極性的輕摻雜層，連接至所述襯底； 所述超快二極管的陰極，與所述輕摻雜層相對設(shè)置在所述襯底的表面上； 金屬化層，設(shè)置在所述輕摻雜層上作為所述超快二極管的陽極； 彼此分離的多個阱，所述多個阱形成在所述輕摻雜層中，所述多個阱包括第二極性的摻雜質(zhì)，其中，所述多個阱電連接至所述金屬化層；以及 多個JFET溝道區(qū)，位于所述多個阱中的各個阱之間，所述多個JFET溝道區(qū)比所述輕摻雜層更重地?fù)诫s所述第一極性，所述超快二極管被構(gòu)造成使得在正向偏壓條件下多數(shù)電流流過所述JFET溝道區(qū)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的超快二極管，其中，所述第一極性為n型。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的超快二極管，其中，所述輕摻雜層是外延層。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的超快二極管，其中，所述金屬化層包括鋁。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的超快二極管，其中，所述金屬化層包括硅。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的超快二極管，還包括在所述金屬化層和所述輕摻雜層之間的肖特基勢魚。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的超快二極管，還包括PiN區(qū)域，其中，所述肖特基勢壘的區(qū)域和所述PiN區(qū)域的比值大于I. O。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的超快二極管，其中，所述多個阱之間的間距小于I.O微米。
全文摘要
本發(fā)明涉及超快恢復(fù)二極管。一種超快二極管，其中超快二極管形成為平面構(gòu)造，包括第一極性的襯底；第一極性的輕摻雜層，連接至襯底；超快二極管的陰極，與輕摻雜層相對設(shè)置在襯底的表面上；金屬化層，設(shè)置在輕摻雜層上作為超快二極管的陽極；彼此分離的多個阱，形成在輕摻雜層中，包括第二極性的摻雜質(zhì)，其中，阱電連接至金屬化層；以及多個JFET溝道區(qū)，位于多個阱中的各個阱之間，比輕摻雜層更重地?fù)诫s第一極性，超快二極管被構(gòu)造成使得在正向偏壓條件下多數(shù)電流流過溝道區(qū)。該超快二極管保持軟恢復(fù)特性并具有減少的反向恢復(fù)電荷。
文檔編號H01L29/872GK102683428SQ20121013517
公開日2012年9月19日 申請日期2006年12月19日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月27日
發(fā)明者埃里克·約翰遜, 李健, 理查德·弗朗西斯, 范楊榆 申請人:美商科斯德半導(dǎo)體股份有限公司