專利名稱：改善高崩潰電壓的半導(dǎo)體功率整流器電壓突降的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體功率整流器，更確切地說，涉及一種可克服微缺陷對于元件操作影響，可避免電壓突降問題，且改善高崩潰電壓的半導(dǎo)體功率整流器電壓突降的方法。
半導(dǎo)體功率整流器是一用途廣泛的電子元件，也是構(gòu)成電子電路的重要成分。一個(gè)良好的半導(dǎo)體功率整流器必須具有低導(dǎo)通電壓(turn on voltage)、高切換速度和高崩潰電壓(breakdown voltage)的特性，尤其是半導(dǎo)體功率整流器在作為電源供應(yīng)器等的用途時(shí)，更需要具有高崩潰電壓的功率整流器，以免在外接電源發(fā)生突發(fā)脈冰(surge)時(shí)，半導(dǎo)體功率整流器會(huì)有不正常的工作狀況，使得由其供應(yīng)電源的電路會(huì)產(chǎn)生故障。因此如何設(shè)計(jì)并制作出具有高崩潰電壓的半導(dǎo)體功率整流器，就成為該項(xiàng)技藝的重要課題。


圖1展示了一個(gè)現(xiàn)有的半導(dǎo)體功率整流器，其是在一個(gè)有高摻雜濃度(heavily doped)的n+型硅基材10上以磊晶方式成長一個(gè)具有較低摻雜濃度(lighthy doped)的n型雜質(zhì)區(qū)域12，再用熱擴(kuò)散方式在n型雜質(zhì)區(qū)域12的上方形成一個(gè)具有高摻雜濃度的P+型雜質(zhì)區(qū)域14，最后分別在P+型雜質(zhì)區(qū)域14上及n+型硅基材10之下分別蒸鍍或沉積導(dǎo)體材料，以分別形成陽極或陰極(未以圖示)，這樣即可形成一個(gè)個(gè)有PN接面的半導(dǎo)體功率整流器。
在上述結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體功率整流器中，為了避免雪崩式崩潰(avalanchebreakdown)的過早發(fā)生，即要避免在空乏區(qū)(depletion region)處會(huì)有過大的電場，造成載子的能量過高。所以在過去為了提高此元件的崩潰電壓，一般采取的方式是避免在空乏區(qū)中會(huì)有過度集中的電場，例如可以設(shè)立飄浮場環(huán)(floating field ring)，或是場板(filed plate)，以避免電場會(huì)有過度的集中，進(jìn)而提早發(fā)生崩潰。
但是在如圖1所示的半導(dǎo)體功率整流器結(jié)構(gòu)中，由于n型雜質(zhì)區(qū)域12是以磊晶的方式成長在n+型硅基材10上，在其界面區(qū)上常有如差排(dislocation)之類的晶格缺陷所導(dǎo)致的微缺陷發(fā)生。如圖2所示，在低伏特時(shí)(如450伏以下)，此界面處電場強(qiáng)度較小，尚不至于造成影響。但是在高伏特時(shí)(如超過450伏)，電場強(qiáng)度增加，使得此微缺陷無法抵擋如此高的電場，而導(dǎo)致逆向電壓突降(snap down)的問題發(fā)生。
由于在元件發(fā)生電壓突降后即告損壞，因此半導(dǎo)體功率整流器的操作電流也受到此因素的限制。換言之，即使有對于上述電場分散的設(shè)計(jì)，如無法克服此項(xiàng)因微缺陷導(dǎo)致的電壓突降問題，元件就無法在逆向崩潰時(shí)，承受較高的逆向電流。
本發(fā)明的主要目的是提供一種改善高崩潰電壓的半導(dǎo)體功率整流器裝置，藉由消除晶格缺陷對于元件的影響，而防止電壓突降問題，因此可制成高崩潰電壓的半導(dǎo)體功率整流器。
為了達(dá)到上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供一種改善高崩潰電壓的半導(dǎo)體功率整流器電壓突降的方法，其主要包含一個(gè)具有第一導(dǎo)電型的基材，一個(gè)具有第二導(dǎo)電型的磊晶層，一個(gè)具有第三導(dǎo)電型的雜質(zhì)層，以及位于第一導(dǎo)電型基材及第二導(dǎo)電型磊晶層之間的一個(gè)隔絕層，該隔絕層的作用可以使微缺陷不致影響到半導(dǎo)體功率整流器的空乏區(qū)。
本發(fā)明的方法是這樣實(shí)現(xiàn)的包括有下列步驟在一具有高濃度第一導(dǎo)電型的半導(dǎo)體基材上以磊晶方式形成一低濃度具有第二導(dǎo)電型的半導(dǎo)體磊晶層；在所述第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體磊晶層，以熱擴(kuò)散方式形成一高濃度第三導(dǎo)電型的半導(dǎo)體雜質(zhì)層；在所述第三導(dǎo)電型的半導(dǎo)體雜質(zhì)層下形成有一空乏區(qū)；以及在所述第一導(dǎo)電型基材及第二導(dǎo)電型磊晶層之間形成一個(gè)或以上高濃度的隔絕層；該方法的特征是所述隔絕層可以使所述第一導(dǎo)電型的半導(dǎo)體基材上的微缺陷不致影響到此半導(dǎo)體功率整流器空乏區(qū)的展開。
其中所述半導(dǎo)體基材為硅基材。
其中所述第一導(dǎo)電型為P+型，且所述第二導(dǎo)電型為n型，以及第三導(dǎo)電型為P+型。
其中所述第一導(dǎo)電型為P+型，且所述第二導(dǎo)型為P型，以及第三導(dǎo)型為n+型。
其中所述隔絕層為P+或N+型的硅磊晶層，且其厚度大于1μm、電阻系數(shù)小于5.0Ω-cm。
其中所述高崩潰電壓為450伏以上。
本發(fā)明提供一種改善高崩潰電壓的半導(dǎo)體功率整流器電壓突降的方法，藉由在半導(dǎo)體基材及磊晶層之間設(shè)立隔絕層，即可使半導(dǎo)體基材上的晶格微缺陷不致影響到磊晶層，因此可以避免逆向電壓突降現(xiàn)象，進(jìn)而使此半導(dǎo)體功率整流器即使在450伏以上的高崩潰電壓下也可工作。
下面結(jié)合附圖和一個(gè)較佳實(shí)施例進(jìn)一步說明本發(fā)明。
圖1是現(xiàn)在的半導(dǎo)體功率整流器的剖面圖。
圖2是一個(gè)硅基材與其上磊晶層界面處的電子顯微鏡圖，證實(shí)微缺陷的存在。
圖3是本發(fā)明所提出的一個(gè)半導(dǎo)體功率整流器實(shí)施例的剖面圖。
參見圖3所示的本發(fā)明所提出的一個(gè)半導(dǎo)體功率整流器實(shí)施例的剖面圖。本發(fā)明的半導(dǎo)體功率整流器包含一個(gè)n+型硅基材20，該硅基材20以CZ/FZ/NTD法形成，晶格方向?yàn)?111)，厚度為400+200μm，且在其中摻雜有銻(sb)/AS……，使其電阻系數(shù)為0.008-0.02Ω-cm，雜質(zhì)濃度為5*1020-1*1019cm-3；一個(gè)n+型第一磊晶層21，以磊晶的方式在所述n+型硅基材20上成長，此磊晶層的厚度為10μm，且在其中摻雜有磷(P)，使其電阻系數(shù)為0.01～6Ω-cm，雜質(zhì)濃度為5*1020-1*1019cm-3；一個(gè)n型磊晶層22，以磊晶成長的方式在所述n+型第一磊晶層21上形成，此磊晶層的厚度為25-150μm，且在此n型第二磊晶層22中并摻雜有V族元素(如碘、銻)，且其雜質(zhì)濃度較n+型硅基材20及n+型第一磊晶層21低，其電阻系數(shù)紅為6～100Ω-cm，雜質(zhì)濃度為5*1015-1*1013cm-3；一個(gè)P+型雜質(zhì)層24，此雜質(zhì)層的厚度為10～25μm，濃度為5*1015-1*1013cm-3，且由在所述n型第二磊晶層22之上的Ⅲ族元素(如硼)藉由熱擴(kuò)散而形成。
在上述結(jié)構(gòu)中，n型第二磊晶層22及P+型雜質(zhì)層24可提供整流所需的PN接面，由于第二磊晶層22雜質(zhì)濃度較低，因此大部分空乏區(qū)會(huì)出現(xiàn)在此磊晶層中。而位于n型第二磊晶層22及n+型硅基材20之間的n+型第一磊晶層21則作為一個(gè)隔絕層，可避免在n+型硅基材20上的微缺陷會(huì)影響到空乏區(qū)中，藉此結(jié)構(gòu)，可避免電壓突降發(fā)生。
為了證實(shí)上述結(jié)構(gòu)的效果，我們針對該結(jié)構(gòu)與現(xiàn)有結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體功率整流器對于450伏的崩潰電壓作量測。對于現(xiàn)有結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體功率整流器而言，也即沒有上述第一磊晶層21，而其他成份相同的半導(dǎo)體功率整流器，加上450伏的崩潰電壓下，在電流值約為5-100μA時(shí)，就會(huì)發(fā)生電壓突降現(xiàn)象，此電流值則視磊晶品質(zhì)及元件質(zhì)量好壞而有所不同。而對于本發(fā)明的上述結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體功率整流器而言，加上450伏的崩潰電壓后，即使電流加到1～10ma，也不會(huì)發(fā)生電壓突降。由此可看出加上隔絕層以防止N+型硅基材20的微缺陷影響到空乏區(qū)的展開，確實(shí)可以防止電壓突降現(xiàn)象，且在450伏以上電壓時(shí)，仍可耐到ma電流值范圍。
權(quán)利要求
1.一種改善高崩潰電壓的半導(dǎo)體功率整流器電壓突降的方法，其特征在于包括有下列步驟在一具有高濃度第一導(dǎo)電型的半導(dǎo)體基材上以磊晶方式形成一低濃度具有第二導(dǎo)電型的半導(dǎo)體磊晶層；在所述第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體磊晶層，以熱擴(kuò)散方式形成一高濃度第三導(dǎo)電型的半導(dǎo)體雜質(zhì)層；在所述第三導(dǎo)電型的半導(dǎo)體雜質(zhì)層下形成有一空乏區(qū)；以及在所述第一導(dǎo)電型基材及第二導(dǎo)電型磊晶層之間形成一個(gè)或以上高濃度的隔絕層。
2.如權(quán)利要求1所述的改善高崩潰電壓的半導(dǎo)體功率整流器電壓突降的方法，其特征在于其中所述半導(dǎo)體基材為硅基材。
3.如權(quán)利要求1所述的改善高崩潰電壓的半導(dǎo)體功率整流器電壓突降的方法，其特征在于其中所述第一導(dǎo)電型為P+型，且所述第二導(dǎo)電型為n型，以及第三導(dǎo)電型為P+型。
4.如權(quán)利要求1所述的改善高崩潰電壓的半導(dǎo)體功率整流器電壓突降的方法，其特征在于其中所述第一導(dǎo)電型為P+型，且所述第二導(dǎo)型為P型，以及第三導(dǎo)型為n+型。
5.如權(quán)利要求1所述的改善高崩潰電壓的半導(dǎo)體功率整流器電壓突降的方法，其特征在于其中所述隔絕層為P+或N+型的硅磊晶層，且其厚度大于1μm、電阻系數(shù)小于5.0Ω-cm。
6.如權(quán)利要求1所述的改善高崩潰電壓的半導(dǎo)體功率整流器電壓突降的方法，其特征在于其中所述高崩潰電壓為450伏以上。
全文摘要
本發(fā)明提供一種改善高崩潰電壓的半導(dǎo)體功率整流器電壓突降的方法，藉由在半導(dǎo)體基材及磊晶層之間設(shè)立隔絕層，即可使半導(dǎo)體基材上的晶格微缺陷不致影響到磊晶層，因此可以避免逆向電壓突降現(xiàn)象，進(jìn)而使此半導(dǎo)體功率整流器即使在450伏以上的高崩潰電壓下也可工作。
文檔編號H01L29/66GK1237798SQ9810149
公開日1999年12月8日 申請日期1998年6月3日 優(yōu)先權(quán)日1998年6月3日
發(fā)明者張彥暉, 江國偉 申請人:旭興科技股份有限公司