一種整流器的制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種整流器；所述整流器包括重?fù)诫s第一導(dǎo)電類型襯底層、輕摻雜第一導(dǎo)電類型外延層、第二導(dǎo)電類型保護環(huán)區(qū)、第二導(dǎo)電類型體區(qū)、第一導(dǎo)電類型增強層、場介質(zhì)層、柵介質(zhì)層、柵電極層、上電極金屬層和下電極金屬層；所述整流器屬于超勢壘整流器類型，其采用只增加一次離子注入方式形成的增強層能夠?qū)OS溝道區(qū)和位于體區(qū)間的類似JFET區(qū)進行雜質(zhì)濃度調(diào)節(jié)，從而該整流器具有制造工藝簡單和超低VF的優(yōu)點。
【專利說明】
一種整流器
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實用新型涉及功率半導(dǎo)體器件技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種整流器?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]功率半導(dǎo)體整流器，廣泛應(yīng)用于功率轉(zhuǎn)換器和電源中。常見的功率半導(dǎo)體整流器包括PIN功率整流器、肖特基勢皇整流器和超勢皇整流器。
[0003]其中PIN功率整流器正向壓降大，反向恢復(fù)時間長，但漏電較小，并且具有優(yōu)越的高溫穩(wěn)定性，主要應(yīng)用于300V以上的中高壓范圍。
[0004]肖特基勢皇整流器主要應(yīng)用于200V以下的中低壓范圍，其正向壓降小，反向恢復(fù)時間短，但反向漏電流較高，高溫可靠性較差。結(jié)勢皇控制整流器(JBS)和混合PIN/肖特基整流器(MPS)，結(jié)合了PIN功率整流器和肖特基勢皇功率整流器的優(yōu)點，是適用于中高壓范圍的常用整流器結(jié)構(gòu)。
[0005]超勢皇整流器，在陽極和陰極之間整合并聯(lián)的整流二極管和M0S晶體管來形成具有較低正向?qū)妷?、較穩(wěn)定高溫性能的整流器件，在100V以下的應(yīng)用中具有明顯的競爭優(yōu)勢。
[0006]已經(jīng)公開的典型的超勢皇整流器有多種結(jié)構(gòu)和相應(yīng)的制造方法，但其VF (正向?qū)妷?相對較高、制造工藝相對較復(fù)雜，還不能滿足市場對超低VF、制造工藝簡單的整流器的需求。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的是解決現(xiàn)有技術(shù)中，超勢皇整流器中VF較高，制造工藝相對復(fù)雜等問題。
[0008]為實現(xiàn)本發(fā)明目的而采用的技術(shù)方案是這樣的，一種整流器，其特征在于:包括重?fù)诫s第一導(dǎo)電類型襯底層、輕摻雜第一導(dǎo)電類型外延層、第二導(dǎo)電類型保護環(huán)區(qū)、第二導(dǎo)電類型體區(qū)、第一導(dǎo)電類型增強層、場介質(zhì)層、柵介質(zhì)層、柵電極層、上電極金屬層和下電極金屬層。
[0009]所述重?fù)诫s第一導(dǎo)電類型襯底層覆蓋于下電極金屬層之上。
[0010]所述輕摻雜第一導(dǎo)電類型外延層覆蓋于重?fù)诫s第一導(dǎo)電類型襯底層之上。[〇〇11]所述第二導(dǎo)電類型保護環(huán)區(qū)和第二導(dǎo)電類型體區(qū)覆蓋于輕摻雜第一導(dǎo)電類型外延層之上的部分表面。
[0012]所述第一導(dǎo)電類型增強層浮空于輕摻雜第一導(dǎo)電類型外延層內(nèi)部。
[0013]所述場介質(zhì)層和柵介質(zhì)層覆蓋于輕摻雜第一導(dǎo)電類型外延層之上的部分表面。
[0014]所述柵電極層覆蓋于柵介質(zhì)層之上。
[0015]所述上電極金屬層覆蓋于介質(zhì)層、柵電極層和第二導(dǎo)電類型體區(qū)之上。所述上電極金屬層還覆蓋于第二導(dǎo)電類型保護環(huán)區(qū)之上的部分表面。
[0016]進一步，所述第二導(dǎo)電類型保護環(huán)區(qū)為閉合狀的環(huán)形結(jié)構(gòu)。環(huán)形包圍的中間區(qū)域為有源區(qū)。
[0017]進一步，所述第二導(dǎo)電類型體區(qū)由一個或者多個重復(fù)的結(jié)構(gòu)單元構(gòu)成。所述第二導(dǎo)電類型體區(qū)位于有源區(qū)內(nèi)部，位于有源區(qū)邊緣的結(jié)構(gòu)單元與第二導(dǎo)電類型保護環(huán)區(qū)可以接觸，也可以不接觸。
[0018]進一步，所述第一導(dǎo)電類型增強層分布在整個有源區(qū)。所述第一導(dǎo)電類型增強層與第二導(dǎo)電類型體區(qū)相接觸。所述第一導(dǎo)電類型增強層與第二導(dǎo)電類型保護環(huán)區(qū)可以接觸，也可以不接觸。
[0019]進一步，所述場介質(zhì)層位于有源區(qū)外部。所述柵介質(zhì)層位于有源區(qū)內(nèi)部。
[0020]進一步，所述場介質(zhì)層還覆蓋于第二導(dǎo)電類型保護環(huán)區(qū)之上的部分表面。所述場介質(zhì)層與第二導(dǎo)電類型體區(qū)不接觸。所述場介質(zhì)層與柵介質(zhì)層不接觸。
[0021]進一步，所述柵電極層材料優(yōu)選多晶硅材料。所述多晶硅材料通過原味摻雜方式或者雜質(zhì)注入后退火的方式完成摻雜。
[0022]進一步，所述上電極金屬層包括高級硅化物和常規(guī)金屬。
[0023]所述高級硅化物優(yōu)選鈦硅或者鉑硅。
[0024]所述常規(guī)金屬優(yōu)選鋁硅或者鋁硅銅。
[0025]本實用新型的技術(shù)效果是毋庸置疑的，本實用新型中的整流器屬于超勢皇整流器類型，采用只增加一次離子注入方式形成的增強層能夠?qū)0S溝道區(qū)和位于體區(qū)間的類似 JFET區(qū)進行雜質(zhì)濃度調(diào)節(jié);所得的產(chǎn)品具有制作工藝簡單、超低VF的優(yōu)點?！靖綀D說明】
[0026]圖1為本實用新型實施例的新器件剖面結(jié)構(gòu)示意圖。
[0027]圖2為本實用新型實施例的新器件1剖面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0028]圖3為本實用新型實施例的新器件2剖面結(jié)構(gòu)示意圖。[〇〇29]圖中:重?fù)诫s第一導(dǎo)電類型襯底層10、輕摻雜第一導(dǎo)電類型外延層20、第二導(dǎo)電類型保護環(huán)區(qū)21、第二導(dǎo)電類型體區(qū)22、第一導(dǎo)電類型增強層23、場介質(zhì)層30、柵介質(zhì)層31、柵電極層32、上電極金屬層40和下電極金屬層50?！揪唧w實施方式】
[0030]下面結(jié)合實施例對本實用新型作進一步說明，但不應(yīng)該理解為本實用新型上述主題范圍僅限于下述實施例。在不脫離本實用新型上述技術(shù)思想的情況下，根據(jù)本領(lǐng)域普通技術(shù)知識和慣用手段，做出各種替換和變更，均應(yīng)包括在本實用新型的保護范圍內(nèi)。
[0031]實施例1:
[0032]本實施例中，第一導(dǎo)電類型為N型，第二導(dǎo)電類型為P型。其特征在于:包括N+型襯底層l〇、N型外延層20、P型保護環(huán)區(qū)21、P型體區(qū)22、N型增強層23、場介質(zhì)層30、柵介質(zhì)層31、 柵電極層32、上電極金屬層40和下電極金屬層50。[〇〇33] 如圖1和圖2所示，所述N型外延層20覆蓋在N+型襯底層10之上。所述N+型襯底層10 為摻雜濃度19次方以上的砷襯底。所述N型外延層20為雜質(zhì)濃度15到16次方的磷外延層。 [〇〇34] 所述P型保護環(huán)區(qū)21和P型體區(qū)22覆蓋在N型外延層20的部分區(qū)域。P型保護環(huán)區(qū)21 是閉合的環(huán)形結(jié)構(gòu)，其環(huán)繞的中間區(qū)域稱為有源區(qū)。所述P型保護環(huán)區(qū)21采用劑量13到15次方的硼注入后1150度退火形成。
[0035]所述P型體區(qū)22由一個或者多個重復(fù)的結(jié)構(gòu)單元構(gòu)成，并且所有重復(fù)單元均位于有源區(qū)內(nèi)，位于有源區(qū)邊緣的重復(fù)單元與P型保護環(huán)區(qū)21不接觸。所述P型體區(qū)22采用劑量為13次方、能量80KeV的硼注入后快速退火的方式形成。[〇〇36] 所述N型增強層23浮空在N型外延層20內(nèi)部，并分布在P型體區(qū)22的重復(fù)單元之間。 N型增強層23分布在整個有源區(qū)內(nèi)，與相鄰的P型體區(qū)22的重復(fù)單元接觸，與P型保護環(huán)區(qū) 21接觸。所述N型增強層23采用劑量為12次方，能量為150KeV的砷注入后經(jīng)過高溫退火形成。如圖3所示為N型增強區(qū)的濃度分布。[0〇37]所述場介質(zhì)層30和柵介質(zhì)層31覆蓋在N型外延層20之上的部分表面。場介質(zhì)層30 位于有源區(qū)外，柵介質(zhì)層31位于有源區(qū)內(nèi)。場介質(zhì)層30與P型保護環(huán)區(qū)21接觸，與P型體區(qū)22 不接觸，與柵介質(zhì)層31不接觸。所述場介質(zhì)層30約1微米。所述柵介質(zhì)層31約0.1微米。
[0038]所述柵電極層32為摻雜多晶層，覆蓋在柵介質(zhì)層之上。[〇〇39] 所述上電極金屬層40連接P型保護環(huán)區(qū)21和P型體區(qū)22,同時，上電極金屬層40還覆蓋在柵電極層32和場介質(zhì)層30之上。
[0040]所述下電極金屬層50位于重?fù)诫s第一導(dǎo)電類型襯底層10之下。
[0041]由圖2給出的本實施例新器件1剖面結(jié)構(gòu)示意圖和圖3給出的N型增強層的濃度分布，可以看出，采用砷雜質(zhì)摻雜的N型增強層對M0S溝道區(qū)和位于P型體區(qū)間的類似JFET區(qū)進行雜質(zhì)濃度調(diào)節(jié)。[〇〇42] 實施例2:[〇〇43]本實施例中，第一導(dǎo)電類型為N型，第二導(dǎo)電類型為P型，其特征在于:包括N+型襯底層l〇、N型外延層20、P型保護環(huán)區(qū)21、P型體區(qū)22、N型增強層23、場介質(zhì)層30、柵介質(zhì)層31、 柵電極層32、上電極金屬層40和下電極金屬層50。[〇〇44] 如圖1所示，所述N型外延層20覆蓋在N+型襯底層10之上。所述N+型襯底層10為摻雜濃度19次方以上的砷襯底。所述N型外延層20為雜質(zhì)濃度15到16次方的磷外延層。
[0045]所述P型保護環(huán)區(qū)21和P型體區(qū)22覆蓋在N型外延層20的部分區(qū)域。P型保護環(huán)區(qū)21 是閉合的環(huán)形結(jié)構(gòu)，其環(huán)繞的中間區(qū)域稱為有源區(qū)。所述P型保護環(huán)區(qū)21采用劑量13到15次方的硼注入后1150度退火形成。
[0046]所述P型體區(qū)22由一個或者多個重復(fù)的結(jié)構(gòu)單元構(gòu)成，并且所有重復(fù)單元均位于有源區(qū)內(nèi)，位于有源區(qū)邊緣的重復(fù)單元與P型保護環(huán)區(qū)21不接觸。所述P型體區(qū)22采用劑量為13次方、能量80KeV的硼注入后快速退火的方式形成。[〇〇47] 所述N型增強層23浮空在N型外延層20內(nèi)部，并分布在P型體區(qū)22的重復(fù)單元之間。N型增強層23分布在整個有源區(qū)內(nèi)，與相鄰的P型體區(qū)22的重復(fù)單元接觸，與P型保護環(huán)區(qū)21接觸。所述N型增強層23采用劑量為12次方，能量為120KeV的磷注入后經(jīng)過高溫退火形成。[0〇48]所述場介質(zhì)層30和柵介質(zhì)層31覆蓋在N型外延層20之上的部分表面。場介質(zhì)層30 位于有源區(qū)外，柵介質(zhì)層31位于有源區(qū)內(nèi)。場介質(zhì)層30與P型保護環(huán)區(qū)21接觸，與P型體區(qū)22 不接觸，與柵介質(zhì)層31不接觸。所述場介質(zhì)層30約1微米。所述柵介質(zhì)層31約0.1微米。
[0049]所述柵電極層32為摻雜多晶層，覆蓋在柵介質(zhì)層之上。
[0050]所述上電極金屬層40連接P型保護環(huán)區(qū)21和P型體區(qū)22,同時，上電極金屬層40還覆蓋在柵電極層32和場介質(zhì)層30之上。
[0051]所述下電極金屬層50位于重?fù)诫s第一導(dǎo)電類型襯底層10之下。
【主權(quán)項】
1.一種整流器，其特征在于:包括重?fù)诫s第一導(dǎo)電類型襯底層(10)、輕摻雜第一導(dǎo)電類 型外延層(20)、第二導(dǎo)電類型保護環(huán)區(qū)(21)、第二導(dǎo)電類型體區(qū)(22)、第一導(dǎo)電類型增強層 (23)、場介質(zhì)層(30)、柵介質(zhì)層(31)、柵電極層(32)、上電極金屬層(40)和下電極金屬層 (50)；所述重?fù)诫s第一導(dǎo)電類型襯底層(10)覆蓋于下電極金屬層(50)之上；所述輕摻雜第一導(dǎo)電類型外延層(20)覆蓋于重?fù)诫s第一導(dǎo)電類型襯底層(10)之上；所述第二導(dǎo)電類型保護環(huán)區(qū)(21)和第二導(dǎo)電類型體區(qū)(22)覆蓋于輕摻雜第一導(dǎo)電類 型外延層(20)之上的部分表面；所述第一導(dǎo)電類型增強層(23)浮空于輕摻雜第一導(dǎo)電類型外延層(20)內(nèi)部；所述場介質(zhì)層(30)和柵介質(zhì)層(31)覆蓋于輕摻雜第一導(dǎo)電類型外延層(20)之上的部 分表面；所述柵電極層(32)覆蓋于柵介質(zhì)層(31)之上；所述上電極金屬層(40)覆蓋于介質(zhì)層(30)、柵電極層(32)和第二導(dǎo)電類型體區(qū)(22)之 上;所述上電極金屬層(40)還覆蓋于第二導(dǎo)電類型保護環(huán)區(qū)(21)之上的部分表面。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種整流器，其特征在于:所述第二導(dǎo)電類型保護環(huán)區(qū)(21)為 閉合狀的環(huán)形結(jié)構(gòu);環(huán)形包圍的中間區(qū)域為有源區(qū)。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種整流器，其特征在于:所述第二導(dǎo)電類型體區(qū)(22)由 一個或者多個重復(fù)的結(jié)構(gòu)單元構(gòu)成;所述第二導(dǎo)電類型體區(qū)(22)位于有源區(qū)內(nèi)部，位于有 源區(qū)邊緣的結(jié)構(gòu)單元與第二導(dǎo)電類型保護環(huán)區(qū)(21)可以接觸，也可以不接觸。4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種整流器，其特征在于:所述第一導(dǎo)電類型增強層(23) 分布在整個有源區(qū)；所述第一導(dǎo)電類型增強層(23)與第二導(dǎo)電類型體區(qū)(22)相接觸;所述 第一導(dǎo)電類型增強層(23)與第二導(dǎo)電類型保護環(huán)區(qū)(21)可以接觸，也可以不接觸。5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種整流器，其特征在于:所述場介質(zhì)層(30)位于有源區(qū) 外部;所述柵介質(zhì)層(31)位于有源區(qū)內(nèi)部。6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種整流器，其特征在于:所述場介質(zhì)層(30)還覆蓋于第 二導(dǎo)電類型保護環(huán)區(qū)(21)之上的部分表面;所述場介質(zhì)層(30)與第二導(dǎo)電類型體區(qū)(22)不 接觸;所述場介質(zhì)層(30)與柵介質(zhì)層(31)不接觸。7.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種整流器，其特征在于:所述柵電極層(32)材料優(yōu)選多 晶硅材料;所述多晶硅材料通過原味摻雜方式或者雜質(zhì)注入后退火的方式完成摻雜。8.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種整流器，其特征在于:所述上電極金屬層(40)包括高 級硅化物和常規(guī)金屬。
【文檔編號】H01L21/8249GK205582939SQ201620201355
【公開日】2016年9月14日
【申請日】2016年3月16日
【發(fā)明人】陳文鎖, 張培健, 鐘怡, 王林凡
【申請人】重慶中科渝芯電子有限公司, 中國電子科技集團公司第二十四研究所