一種積累型二極管的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于功率半導(dǎo)體器件技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及到一種積累型二極管。本發(fā)明的積累型二極管，其特征在于，通過在二氧化硅層中注入Cs+離子，使二氧化硅層帶正電荷。利用二氧化硅層中的正電荷在N?漂移區(qū)中形成積累層，可以在不影響反向擊穿電壓情況下，具有較大的正向電流、較小的導(dǎo)通壓降、較小的反向漏電流等特性，且器件在高溫下的可靠性更好。
【專利說明】
一種積累型二極管
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于功率半導(dǎo)體器件技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及到一種積累型二極管。
【背景技術(shù)】
[0002]二極管是最常用的電子元件之一，傳統(tǒng)的整流二極管主要是肖特基整流器和PN結(jié)整流器。其中，PN結(jié)二極管能夠承受較高的反向阻斷電壓，穩(wěn)定性較好，但是其正向?qū)▔航递^大，反向恢復(fù)時間較長。肖特基二極管是利用金屬與半導(dǎo)體接觸形成的金屬-半導(dǎo)體結(jié)原理制作的，通態(tài)壓降較低。由于是單極載流子導(dǎo)電，肖特基二極管在正向?qū)〞r沒有過剩的少數(shù)載流子積累，反向恢復(fù)較快。但是肖特基二極管的反向擊穿電壓較低，反向漏電流較大，溫度特性較差。
[0003]槽柵MOS勢皇肖特基二極管TMBS(TMBS:TrenchMOS Barrier Shcotty D1de)最初于1993年由B.J.Baliga首先提出，該器件雖然改善了平面肖特基二極管的反向漏電和擊穿電壓兩方面的問題，但肖特基結(jié)的高溫可靠性不理想仍然是存在的一個問題。本發(fā)明提出的結(jié)構(gòu)可以在獲得良好電學(xué)特性的同時，擁有更好的高溫可靠性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的，就是為了獲得更低的導(dǎo)通壓降和更高的可靠性，提出一種通過積累層和P型埋層共同控制導(dǎo)電溝道的積累型二極管。
[0005]本發(fā)明所采用的技術(shù)方案:一種積累型二極管，包括從下至上依次層疊設(shè)置的金屬化陰極1、N+襯底2、N-漂移區(qū)3和金屬化陽極9;所述N-漂移區(qū)3上層具有N型重摻雜區(qū)6和P型重摻雜區(qū)7，所述P型重摻雜區(qū)7位于N型重摻雜區(qū)6之間，所述N型重摻雜區(qū)6和P型重摻雜區(qū)7的上表面與金屬化陽極9連接;所述N-漂移區(qū)3中還具有二氧化硅層4、P型埋層區(qū)5和P型柱區(qū)8，所述二氧化硅層4位于N型重摻雜區(qū)6遠離P型重摻雜區(qū)7的一側(cè)，且二氧化硅層4分別與N型重摻雜區(qū)6和金屬化陽極9接觸;所述P型埋層區(qū)5位于二氧化硅層4之間且位于P型重摻雜區(qū)7的正下方;所述P型柱區(qū)8的上表面與P型重摻雜區(qū)7的下表面連接，P型柱區(qū)8的下表面與P型埋層區(qū)5的上表面接觸;所述二氧化硅層4帶正電荷。
[0006]進一步的，所述二氧化娃層4中具有Cs+離子。
[0007]本發(fā)明的有益效果為，本發(fā)明所提供通過的一種積累層和P型埋層共同控制導(dǎo)電溝道的積累型二極管，正向開啟時由電子積累層導(dǎo)電，可在同樣的電流密度下實現(xiàn)更低的正向壓降;通過PN結(jié)耐壓，器件在高溫下的可靠性更好。本發(fā)明屬于多數(shù)載流子器件，反向恢復(fù)時間短。
【附圖說明】
[0008]圖1是本發(fā)明提供的一種積累型二極管的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0009]圖2是本發(fā)明提供的一種積累型二極管的三維結(jié)構(gòu)示意圖；
[0010]圖3是本發(fā)明提供的一種積累型二極管的俯視結(jié)構(gòu)示意圖；
[0011]圖4是本發(fā)明提供的一種積累型二極管在外加零電壓時，耗盡線示意圖；
[0012]圖5是本發(fā)明提供的一種積累型二極管外加電壓到達開啟電壓時，耗盡線以及電流路徑不意圖；
[0013]圖6是本發(fā)明提供的一種積累型二極管外加反向電壓時，耗盡線示意圖；
[0014]圖7至圖12是本發(fā)明提供的一種積累型二極管的制造工藝流程示意圖。
【具體實施方式】
[0015]下面結(jié)合附圖，詳細描述本發(fā)明的技術(shù)方案:
[0016]如圖1所示，本發(fā)明的一種積累型二極管，包括從下至上依次層疊設(shè)置的金屬化陰極1、N+襯底2、N-漂移區(qū)3和金屬化陽極9;所述N-漂移區(qū)3上層具有N型重摻雜區(qū)6和P型重摻雜區(qū)7，所述P型重摻雜區(qū)7位于N型重摻雜區(qū)6之間，所述N型重摻雜區(qū)6和P型重摻雜區(qū)7的上表面與金屬化陽極9連接;所述N-漂移區(qū)3中還具有二氧化硅層4、P型埋層區(qū)5和P型柱區(qū)8，所述二氧化硅層4位于N型重摻雜區(qū)6遠離P型重摻雜區(qū)7的一側(cè)，且二氧化硅層4分別與N型重摻雜區(qū)6和金屬化陽極9接觸;所述P型埋層區(qū)5位于二氧化硅層4之間且位于P型重摻雜區(qū)7的正下方;所述P型柱區(qū)8的上表面與P型重摻雜區(qū)7的下表面連接，P型柱區(qū)8的下表面與P型埋層區(qū)5的上表面接觸;所述二氧化硅層4帶正電荷。
[0017]本發(fā)明的工作原理為:
[0018](I)器件的正向?qū)?br>[0019]本發(fā)明所提供的積累型二極管，其正向?qū)〞r的電極連接方式為:金屬化陽極9接高電位，金屬化陰極I接低電位。
[0020]當(dāng)金屬化陽極9為零電壓或所加正電壓非常小時，由于P型埋層5的摻雜濃度遠大于N-漂移區(qū)3的摻雜濃度，P型埋層5和N-漂移區(qū)3所構(gòu)成的PN結(jié)的內(nèi)建電勢會使得P型埋層5和二氧化硅層4之間的N-漂移區(qū)3耗盡，電子通道被阻斷，如圖4所示，此時二極管仍處于關(guān)閉狀態(tài)。
[0021]隨著金屬化陽極9所加正電壓的增加，P型埋層區(qū)5、N型重摻雜區(qū)6、P型重摻雜區(qū)7同時也被加上正電壓，P型埋層5和N-漂移區(qū)3所構(gòu)成的PN結(jié)的內(nèi)建勢皇區(qū)逐漸縮小。當(dāng)金屬化陽極9所加正電壓等于或大于開啟電壓之后，由于二氧化硅層4中存在著正電荷，在側(cè)面處的N-漂移區(qū)3內(nèi)感應(yīng)出負電荷，產(chǎn)生多子電子的積累層，這為多子電流的流動提供了一條低阻通路，如圖5所示，此時二極管導(dǎo)通。
[0022](2)器件的反向阻斷
[0023]本發(fā)明所提供的積累型二極管，其反向阻斷時的電極連接方式為:金屬化陰極I接高電位，金屬化陽極9接低電位。
[0024]由于零偏壓時P型埋層5和二氧化硅層4之間的N-漂移區(qū)3已經(jīng)被完全耗盡，多子電子的導(dǎo)電通路被夾斷，繼續(xù)增大反向電壓時，耗盡層邊界將向靠近金屬化陰極I 一側(cè)的N-漂移區(qū)3擴展以承受反向電壓，如圖6所示。由于反向電壓由PN結(jié)的耗盡區(qū)承擔(dān)，因此器件的反向泄漏電流遠小于肖特基二極管的反向漏電流，且高溫下的可靠性更好。
[0025]本發(fā)明提供的一種積累層和P型埋層共同控制導(dǎo)電溝道的積累型二極管，其具體實現(xiàn)方法如下:
[0026]1、采用N型重摻雜單晶硅襯底2，晶向為〈100〉。采用氣相外延VPE等方法生長一定厚度和摻雜濃度的N-漂移區(qū)3，如圖7。
[0027]2、利用光刻板進行離子注入，形成P型埋層5，繼續(xù)外延N-漂移區(qū)，如圖8。
[0028]3、利用光刻板進行P型區(qū)硼注入，形成P型柱區(qū)8，如圖9。
[0029]4、淀積硬掩膜(如氮化硅)，利用光刻板刻蝕硬掩膜，進行深槽刻蝕，如圖10。
[0030]5、生長氧化層，形成二氧化硅層區(qū)4，并進行Cs+離子注入，使二氧化硅層4帶正電荷，如圖1lo
[0031]6、P型重摻雜區(qū)硼注入，形成P+重摻雜區(qū)7，N型重摻雜區(qū)砷注入，形成N+重摻雜區(qū)
6ο正面金屬化，金屬刻蝕，背面金屬化，鈍化等等，如圖12。
[0032]制作器件時，還可用碳化硅、砷化鎵或鍺硅等半導(dǎo)體材料替代體硅。
[0033]采用本發(fā)明的一種積累層和P型埋層共同控制導(dǎo)電溝道的積累型二極管，可以在不影響反向擊穿電壓情況下，具有較大的正向電流、較小的導(dǎo)通壓降、較小的反向漏電流以及更短的反向恢復(fù)時間，且器件在高溫下的可靠性更好。
【主權(quán)項】
1.一種積累型二極管，包括從下至上依次層疊設(shè)置的金屬化陰極(1)、N+襯底(2)、N-漂移區(qū)(3)和金屬化陽極(9);所述N-漂移區(qū)(3)上層具有N型重摻雜區(qū)(6)和P型重摻雜區(qū)(7)，所述P型重摻雜區(qū)(7)位于N型重摻雜區(qū)(6)之間，所述N型重摻雜區(qū)(6)和P型重摻雜區(qū)(7)的上表面與金屬化陽極(9)連接;所述N-漂移區(qū)(3)中還具有二氧化硅層(4)、P型埋層區(qū)(5)和P型柱區(qū)(8)，所述二氧化硅層(4)位于N型重摻雜區(qū)(6)遠離P型重摻雜區(qū)(7)的一側(cè)，且二氧化硅層(4)分別與N型重摻雜區(qū)(6)和金屬化陽極(9)接觸;所述P型埋層區(qū)(5)位于二氧化硅層(4)之間且位于P型重摻雜區(qū)(7)的正下方;所述P型柱區(qū)(8)的上表面與P型重摻雜區(qū)(7)的下表面連接，P型柱區(qū)(8)的下表面與P型埋層區(qū)(5)的上表面接觸;所述二氧化硅層(4)帶正電荷。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種積累型二極管，其特征在于，所述二氧化硅層(4)中具有Cs+離子。
【文檔編號】H01L29/861GK105932072SQ201610532273
【公開日】2016年9月7日
【申請日】2016年7月6日
【發(fā)明人】李澤宏, 曹曉峰, 陳哲, 李爽, 陳文梅, 林育賜, 謝馳, 任敏
【申請人】電子科技大學(xué)