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      一種軟快恢復(fù)二極管及其制造方法

      文檔序號(hào):7043363閱讀:104來(lái)源:國(guó)知局
      一種軟快恢復(fù)二極管及其制造方法
      【專利摘要】本發(fā)明涉及一種軟快恢復(fù)二極管及其制造方法。二極管包括N型本征區(qū)、背N+緩沖區(qū)、陽(yáng)極金屬層和陰極金屬層,背N+緩沖區(qū)設(shè)置于N型本征區(qū)的背面,在N型本征區(qū)的正面和陽(yáng)極金屬層之間設(shè)有P型發(fā)射區(qū),在陽(yáng)極金屬層的兩端對(duì)稱設(shè)有掩蔽氧化層,在有源區(qū)的邊界處設(shè)有P型高阻區(qū),在有源區(qū)的中心處設(shè)有P+歐姆接觸層;全局壽命控制區(qū)設(shè)置于二極管的整體,覆蓋二極管的所有結(jié)構(gòu)層;在二極管的軸向方向上,局域壽命控制層位于P型發(fā)射區(qū)內(nèi)靠近P+歐姆接觸層的位置上,在二極管的垂直于軸向的方向上,局域壽命控制層位于P型發(fā)射區(qū)和P型高阻區(qū)組成的平面內(nèi)。本發(fā)明通過(guò)采用全局加局域壽命控制方式,實(shí)現(xiàn)器件的軟快恢復(fù)特性;通過(guò)增加高阻區(qū),提高器件的抗雪崩能力。
      【專利說(shuō)明】一種軟快恢復(fù)二極管及其制造方法
      【技術(shù)領(lǐng)域】
      [0001]本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體功率器件,具體涉及一種軟快恢復(fù)二極管及其制造方法。【背景技術(shù)】
      [0002]單個(gè)或多個(gè)快恢復(fù)二極管(FRD)芯片反并聯(lián)于絕緣柵雙極晶體管(IGBT)芯片封裝成IGBT模塊,統(tǒng)稱為IGBT器件,被廣泛使用于電壓為1200V-6500V的電力系統(tǒng)、機(jī)車(chē)牽引等中高壓領(lǐng)域。隨著器件耐壓增高,具有軟快恢復(fù)、低震蕩以及高雪崩耐量特性的FRD芯片,本發(fā)明稱為軟快恢復(fù)二極管,其重要性越來(lái)越突出。
      [0003]FRD的工作過(guò)程即是載流子(電子和空穴)注入和抽取的過(guò)程,軟快恢復(fù)二極管的優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在反向恢復(fù)工作中。當(dāng)高壓二極管由開(kāi)通轉(zhuǎn)為關(guān)斷時(shí),本征區(qū)內(nèi)的載流子會(huì)經(jīng)過(guò)一定時(shí)間才能被電極抽取和復(fù)合干凈,此時(shí)間稱為反向恢復(fù)時(shí)間U。載流子的抽取過(guò)程由反向電流Ik來(lái)表征,Ir由零增加至最大反向峰值電流Ikkm所用的時(shí)間稱為ta,Ie由Im減小至零所用的時(shí)間稱為tb,兩個(gè)時(shí)間比值稱為軟度因子(S=tb/ta)。軟快恢復(fù)二極管具有更高的軟度因子,即載流子抽取速度在抽取后期變慢,這樣可以有效降低電流、電壓震蕩,增寬安全工作區(qū)。
      [0004]對(duì)于高壓二極管來(lái)說(shuō),襯底摻雜濃度更低,當(dāng)器件處于反偏工作條件下,發(fā)射區(qū)和本征區(qū)的PN結(jié)處在高壓時(shí)會(huì)因?yàn)榕鲎搽婋x使電流倍增,電壓越高,電流倍增越嚴(yán)重,直至最終發(fā)生雪崩擊穿,器件失效。提高FRD雪崩耐量能夠避免電、熱擊穿失效,提高反偏安全工作區(qū)RBSOA。
      [0005]要想獲得反向恢復(fù)速度快的二極管必須采用壽命控制方式,傳統(tǒng)二極管結(jié)構(gòu)如圖1所示,主要包括N型本征區(qū)01、背N+緩沖區(qū)02、P型發(fā)射區(qū)03,掩蔽氧化層04、陰陽(yáng)極金屬051、052以及全局壽命控制區(qū)06 ;全局壽命控制主要是指通過(guò)重金屬摻雜(Pt、Au等)或電子輻照的方式引入復(fù)合中心,降低整個(gè)芯片的少數(shù)載流子壽命,使得FRD的少數(shù)載流子在反向恢復(fù)時(shí)可以快速的復(fù)合和抽取干凈,減小U。但是對(duì)于傳統(tǒng)FRD結(jié)構(gòu),若要使降低至幾十到幾百ns的量級(jí),必須將載流子壽命降到很小,芯片內(nèi)部缺陷增多,由此將會(huì)帶來(lái)反向漏電偏大、終端可靠性變差、軟度因子變小和震蕩加劇的風(fēng)險(xiǎn);同時(shí)現(xiàn)有研究表明,電子輻照產(chǎn)生的缺陷會(huì)在高溫、長(zhǎng)期工作中消除,使器件性能退化。

      【發(fā)明內(nèi)容】

      [0006]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足,本發(fā)明的目的是提供一種軟快恢復(fù)二極管及其制造方法,本發(fā)明通過(guò)采用全局加局域壽命控制方式,實(shí)現(xiàn)器件的軟快恢復(fù)特性;通過(guò)增加高阻區(qū),提高器件的抗雪崩能力。
      [0007]本發(fā)明的目的是采用下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
      [0008]本發(fā)明提供一種軟快恢復(fù)二極管,所述二極管包括N型本征區(qū)01、背N+緩沖區(qū)
      02、陽(yáng)極金屬層051以及陰極金屬層052,所述背N+緩沖區(qū)02設(shè)置于N型本征區(qū)01的背面,所述陽(yáng)極金屬層051設(shè)置于二極管的陽(yáng)極;所述陰極金屬層052設(shè)置于二極管的陰極;[0009]其改進(jìn)之處在于,在所述N型本征區(qū)01的正面和陽(yáng)極金屬層051之間設(shè)有P型發(fā)射區(qū)13,在所述陽(yáng)極金屬層051的兩端對(duì)稱設(shè)有掩蔽氧化層,在二極管有源區(qū)的邊界處設(shè)有P型高阻區(qū)18,在有源區(qū)的中心處設(shè)有P+歐姆接觸層19 ;全局壽命控制區(qū)16設(shè)置于二極管的整體,覆蓋二極管的所有結(jié)構(gòu)層;在二極管的軸向方向上,所述局域壽命控制層17位于P型發(fā)射區(qū)13內(nèi)靠近P+歐姆接觸層19的位置上,在二極管的垂直于軸向的方向上,局域壽命控制層17位于P型發(fā)射區(qū)13和P型高阻區(qū)18組成的平面內(nèi),避免局域壽命控制層17出現(xiàn)在終端區(qū),采用注入擋版擋住終端區(qū)以實(shí)現(xiàn)區(qū)域注入,擋版材質(zhì)采用光刻板、金屬或光刻膠實(shí)現(xiàn)。
      [0010]進(jìn)一步地,所述P型發(fā)射區(qū)13的橫向?qū)挾刃∮贜型本征區(qū)01的橫向?qū)挾?;所述卩型高阻區(qū)18的橫向?qū)挾刃∮赑型發(fā)射區(qū)13的橫向?qū)挾惹襊型高阻區(qū)18對(duì)稱設(shè)置于P型發(fā)射區(qū)13的兩端;所述?型發(fā)射區(qū)13的表面摻雜濃度為3e15-5el7Cm_3,結(jié)深為4_25um ;所述P型高阻區(qū)18的摻雜濃度為Iel5-lel7cm_3,結(jié)深為5_30um。
      [0011]進(jìn)一步地,所述掩蔽氧化層包括一次掩蔽氧化層141、142和二次掩蔽氧化層143、144 ;二次掩蔽氧化層144的高度大于二次掩蔽氧化層143的高度;二次掩蔽氧化層144和二次掩蔽氧化層143形成階梯狀。
      [0012]進(jìn)一步地,所述二次掩蔽氧化層144和二次掩蔽氧化層143形成階梯狀對(duì)稱設(shè)置于P+歐姆接觸層19。
      [0013]進(jìn)一步地,所述局域壽命控制層17的壽命為1-1OOns。
      [0014]進(jìn)一步地,采用H+或He++離子進(jìn)行高能離子注入形成局域壽命控制層17,采用擴(kuò)Pt或者電子輻照的方式形成全局壽命控制區(qū)16。
      [0015]進(jìn)一步地,所述P型發(fā)射區(qū)13和P+歐姆接觸層19組成有源區(qū),所述P型高阻區(qū)18摻雜濃度低于P型發(fā)射區(qū)13的摻雜濃度,所述P型高阻區(qū)18寬度小于有源區(qū)寬度。
      [0016]本發(fā)明還提供一種軟快恢復(fù)二極管的制造方法,其改進(jìn)之處在于,所述方法包括下述步驟:
      [0017]A、在原始N型本征區(qū)01的基礎(chǔ)上,背面注入N型雜質(zhì)磷或砷,推結(jié)后形成5-40um的背N+緩沖區(qū)02 ;
      [0018]B、對(duì)N型本征區(qū)01進(jìn)行表面清洗,生長(zhǎng)300-2000埃的注入氧化層140,涂膠、顯影后形成P型摻雜注入窗口,帶膠注入P型雜質(zhì)硼,形成未激活的P型摻雜131 ;
      [0019]C、對(duì)未激活的P型摻雜131進(jìn)行去膠、清洗后推結(jié),形成2_8um結(jié)深的P型摻雜132 次氧化、刻蝕后形成一次掩蔽氧化層141、142,一次掩蔽氧化層141、142作為注入阻擋,經(jīng)過(guò)P型雜質(zhì)注入,形成未激活的P型摻雜181 ;
      [0020]D、二次光刻,刻蝕去除一次掩蔽氧化層142 ;
      [0021]E、去膠、清洗、推結(jié)及氧化后,同時(shí)形成P型發(fā)射區(qū)13、有源區(qū)邊緣處的P型高阻區(qū)18和二次掩蔽氧化層143、144 ;
      [0022]F、三次光刻形成摻雜濃度高于P型發(fā)射區(qū)13的P+歐姆接觸層19的注入窗口,注入、激活后形成P+歐姆接觸層19 ;
      [0023]G、采用H+或He++高能離子注入及退火,根據(jù)注入能量、劑量控制局域壽命控制層17的位置,根據(jù)退火溫度和時(shí)間控制局域壽命控制層17的缺陷形狀和質(zhì)量;
      [0024]H、按照常規(guī)金屬淀積方式生長(zhǎng)金屬,對(duì)二極管進(jìn)行全局壽命控制,通過(guò)對(duì)二極管的整體進(jìn)行擴(kuò)Pt或電子輻照的方式,使二極管具有輕微雜質(zhì)缺陷,形成全局壽命控制區(qū)16 ;
      [0025]1、淀積鈍化層。
      [0026]進(jìn)一步地,所述步驟E中,在同一結(jié)構(gòu)中,P型高阻區(qū)18的總摻雜濃度低于P型發(fā)射區(qū)13 ;所述P型發(fā)射區(qū)13的表面摻雜濃度為3e15-5el7Cm_3,結(jié)深為4_25um ;所述P型高阻區(qū)18的摻雜濃度為lel5-lel7Cm_3,結(jié)深為5_30um ;所述P型高阻區(qū)18的橫向?qū)挾刃∮赑型發(fā)射區(qū)13的橫向?qū)挾惹襊型高阻區(qū)18對(duì)稱設(shè)置于P型發(fā)射區(qū)13的兩端。
      [0027]進(jìn)一步地,所述步驟F中,所述P+歐姆接觸層19用于降低陽(yáng)極金屬層51與硅表面的歐姆接觸電阻。
      [0028]進(jìn)一步地,所述步驟G中,在二極管的軸向方向上,局域壽命控制層17位于P型發(fā)射區(qū)13內(nèi)靠近P+歐姆接觸層19的位置,避免出現(xiàn)在反向擊穿時(shí)P型發(fā)射區(qū)13中的耗盡層內(nèi);在二極管的垂直于軸向的方向上,局域壽命控制層17位于P型發(fā)射區(qū)13和P型高阻區(qū)18組成的平面內(nèi),避免影響芯片邊緣處的終端區(qū);
      [0029]所述局域壽命控制層17通過(guò)局域壽命控制窗口 25注入實(shí)現(xiàn),所述局域壽命控制窗口 25包含有源區(qū)窗口 23,不超出P型高阻區(qū)窗口 28 ;采用注入擋版擋住終端區(qū)以實(shí)現(xiàn)區(qū)域注入,擋版材質(zhì)采用光刻板、金屬或光刻膠20 ;
      [0030]所述局域壽命控制層17的壽命為l-100ns。
      [0031]與現(xiàn)有技術(shù)比,本發(fā)明達(dá)到的有益效果是:
      [0032]1、軟快恢復(fù)、低EM1、低損耗。
      [0033]采用全局加局域壽命控制方式,P型發(fā)射區(qū)設(shè)置低壽命的局域壽命控制區(qū)以降低陽(yáng)極發(fā)射注入效率、減少載流子數(shù)目,降低反向恢復(fù)損耗,同時(shí)提高反向恢復(fù)軟度、降低震蕩及電磁干擾噪聲EMI。
      [0034]2、終端耐壓穩(wěn)定性。
      [0035]在俯視面進(jìn)行局域壽命控制設(shè)計(jì),避免終端受雜質(zhì)缺陷影響,降低反向漏電,利于提高終端區(qū)的耐壓穩(wěn)定性,進(jìn)而提高器件可靠性。
      [0036]3、雪崩耐壓高,增寬安全區(qū)。
      [0037]有源區(qū)邊緣高阻區(qū)結(jié)構(gòu)工藝制造匹配性好,可與終端耐壓環(huán)同時(shí)形成,僅需增加一步刻蝕工藝,通過(guò)此結(jié)構(gòu)可以增強(qiáng)反向擊穿時(shí)二極管的雪崩耐量,展寬反向安全工作區(qū)RBSOA。
      【專利附圖】

      【附圖說(shuō)明】
      [0038]圖1是傳統(tǒng)FRD器件剖面結(jié)構(gòu)示意圖;
      [0039]圖2是本發(fā)明提供的二極管器件剖面結(jié)構(gòu)示意圖;
      [0040]圖3是本發(fā)明提供的二極管雜質(zhì)濃度及壽命控制分布示意圖;
      [0041]圖4是本發(fā)明提供的形成未激活的P型摻雜131的結(jié)構(gòu)示意圖;
      [0042]圖5是本發(fā)明提供的形成未激活的P型摻雜181的結(jié)構(gòu)示意圖;
      [0043]圖6是本發(fā)明提供的同時(shí)形成P型發(fā)射區(qū)13、有源區(qū)邊緣處的P型高阻區(qū)18和二次掩蔽氧化層143、144的結(jié)構(gòu)示意圖;
      [0044]圖7是本發(fā)明提供的形成P+歐姆接觸層19的結(jié)構(gòu)示意圖;[0045]圖8是本發(fā)明提供的二極管器俯視結(jié)構(gòu)示意圖;
      [0046]其中:01-N型本征區(qū),02-背N+緩沖區(qū),03-傳統(tǒng)二極管P型發(fā)射區(qū),04-傳統(tǒng)二極管掩蔽氧化層,051-陽(yáng)極金屬層,052-陰極金屬層,06-傳統(tǒng)全局壽命控制區(qū);13-P型發(fā)射區(qū),131-未激活的P型發(fā)射區(qū),141和142- —次掩蔽氧化層,143和144- 二次掩蔽氧化層,16-全局壽命控制區(qū),17-局域壽命控制層,18-有源區(qū)邊緣處的P型高阻區(qū),181-未激活的P型高阻區(qū),19-高濃度P+歐姆接觸層,20-光刻膠,21-劃片道,22-終端區(qū),23-有源區(qū),25-局域壽命控制窗口,28-P型高阻區(qū)窗口。
      【具體實(shí)施方式】
      [0047]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。
      [0048]本發(fā)明提供了一種新型軟快恢復(fù)二極管器件結(jié)構(gòu),縱向二極管器件包括高濃度P+歐姆接觸層,P型發(fā)射區(qū),N型本征區(qū),背N+緩沖區(qū)和正、負(fù)電極,以及全局壽命控制區(qū)和局域壽命控制層;橫向二極管器件包括有源區(qū)、有源區(qū)邊界處的P型高阻區(qū)、終端區(qū)和劃片道。本發(fā)明通過(guò)采用全局加局域壽命控制方式,實(shí)現(xiàn)器件的軟快恢復(fù)特性;通過(guò)增加高阻區(qū),提高器件的抗雪崩能力。
      [0049]本發(fā)明提供了一種全局加局域壽命控制的軟快恢復(fù)二極管結(jié)構(gòu),以及具備高雪崩耐量功用的高阻區(qū)結(jié)構(gòu),用以解決上述問(wèn)題。本發(fā)明二極管結(jié)構(gòu)如圖2所示,與傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)相t匕,除了 N型本征區(qū)01、背N+緩沖區(qū)02、陽(yáng)極金屬層051和陰極金屬層052在結(jié)構(gòu)上未有大的改動(dòng),新設(shè)計(jì)并添加了 P型發(fā)射區(qū)13,掩蔽氧化層,全局壽命控制區(qū)16,局域壽命控制層17,有源區(qū)(13和19的統(tǒng)稱)邊界處的P型高阻區(qū)18和高濃度P+歐姆接觸層19。具體為:
      [0050]二極管包括N型本征區(qū)01、背N+緩沖區(qū)02、陽(yáng)極金屬層051以及陰極金屬層052,所述背N+緩沖區(qū)02設(shè)置于N型本征區(qū)01的背面,所述陽(yáng)極金屬層051設(shè)置于二極管的陽(yáng)極;所述陰極金屬層052設(shè)置于二極管的陰極;
      [0051]在所述N型本征區(qū)01的正面和陽(yáng)極金屬層051之間設(shè)有P型發(fā)射區(qū)13,在所述陽(yáng)極金屬層051的兩端對(duì)稱設(shè)有掩蔽氧化層,在二極管有源區(qū)的邊界處設(shè)有P型高阻區(qū)18和P+歐姆接觸層19 ;全局壽命控制區(qū)16設(shè)置于二極管的整體,覆蓋二極管的所有結(jié)構(gòu)層;在二極管的軸向方向上,所述局域壽命控制層17位于P型發(fā)射區(qū)13內(nèi)靠近P+歐姆接觸層19的位置上,在二極管的垂直于軸向的方向上,局域壽命控制層17位于P型發(fā)射區(qū)13和P型高阻區(qū)18組成的平面內(nèi),避免局域壽命控制層17出現(xiàn)在終端區(qū),采用注入擋版擋住終端區(qū)以實(shí)現(xiàn)區(qū)域注入,擋版材質(zhì)采用光刻板、金屬或光刻膠實(shí)現(xiàn)。
      [0052]本發(fā)明設(shè)計(jì)的P型發(fā)射區(qū)13具有更低的摻雜濃度,同時(shí)在陽(yáng)極金屬051可以接觸到硅的區(qū)域設(shè)計(jì)高濃度P+歐姆接觸層19,以避免歐姆接觸問(wèn)題,這種有源區(qū)設(shè)計(jì)可以減小注入到本征區(qū)01的載流子數(shù)目,降低反向恢復(fù)峰值電流和動(dòng)態(tài)損耗。本發(fā)明壽命控制在傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上,增加了局域壽命控制區(qū)17,以實(shí)現(xiàn)軟快恢復(fù)特性,全局壽命控制區(qū)16的注入劑量低于傳統(tǒng)壽命控制06,從而可以解決全局壽命控制帶來(lái)的漏電大、軟度小的問(wèn)題;可采用H+或He++進(jìn)行高能離子注入形成17,可采用擴(kuò)Pt或者電子輻照的方式形成16。本發(fā)明設(shè)計(jì)了高阻區(qū)18,以提高雪崩耐量,二極管在反向擊穿工作過(guò)程中,高電阻區(qū)利于降低PN結(jié)的碰撞電離率,增強(qiáng)抗雪崩能力。[0053]P型發(fā)射區(qū)13的橫向?qū)挾刃∮贜型本征區(qū)01的橫向?qū)挾?;所述P型高阻區(qū)18的橫向?qū)挾刃∮赑型發(fā)射區(qū)13的橫向?qū)挾惹襊型高阻區(qū)18對(duì)稱設(shè)置于P型發(fā)射區(qū)13的兩端;所述P型發(fā)射區(qū)13的表面摻雜濃度為3el5-5el7Cm-3,結(jié)深為4_25um ;所述P型高阻區(qū)18的摻雜濃度為Iel5-lel7cm_3,結(jié)深為5_30um。
      [0054]掩蔽氧化層包括一次掩蔽氧化層141、142和二次掩蔽氧化層143、144 ;二次掩蔽氧化層144的高度大于二次掩蔽氧化層143的高度;二次掩蔽氧化層144和二次掩蔽氧化層143形成階梯狀。
      [0055]二次掩蔽氧化層144和二次掩蔽氧化層143形成階梯狀對(duì)稱設(shè)置于P+歐姆接觸層19。
      [0056]本發(fā)明結(jié)構(gòu)的制造方法如下:
      [0057]A、在原始襯底01的基礎(chǔ)上,背面注入磷、砷等N型雜質(zhì),推結(jié)后形成5-40um的背N+緩沖區(qū)02。
      [0058]B、表面清洗,生長(zhǎng)300-2000埃的注入氧化層140,涂膠、顯影后形成P型摻雜注入窗口,帶膠注入硼等P型雜質(zhì),形成未激活的P型摻雜131,如圖4所示。
      [0059]C、去膠、清洗后推結(jié),形成一定結(jié)深的P型摻雜132。一次氧化、刻蝕后形成一次掩蔽氧化層141、142,如圖5所示,141、142作為注入阻擋,經(jīng)過(guò)P型雜質(zhì)注入,形成未激活的P型摻雜181。
      [0060]D、二次光刻,刻蝕去除142。
      [0061]E、去膠、清洗、推結(jié)及氧化后,同時(shí)形成P型發(fā)射區(qū)13、有源區(qū)邊緣處的P型高阻區(qū)18和二次掩蔽氧化層143,如圖6所示。在同一結(jié)構(gòu)中,18的總摻雜濃度應(yīng)低于P型發(fā)射區(qū)13 ;13的表面摻雜濃度約3el5-5el7Cm-3,結(jié)深約4_25um ;18的摻雜濃度約lel5-lel7cm-3,結(jié)深約5_30um。18的橫向?qū)挾刃∮赑型發(fā)射區(qū)13。
      [0062]F、三次光刻形成高濃度P+歐姆接觸層19的注入窗口,注入、激活后形成19,如圖7所示,19的作用是降低陽(yáng)極金屬與硅表面的歐姆接觸電阻。
      [0063]G、H+或He++高能離子注入及退火,根據(jù)注入能量、劑量控制局域壽命控制層17的位置,根據(jù)退火溫度和時(shí)間控制17的缺陷形狀、質(zhì)量等。在二極管的軸向上(Y方向),17位于P型發(fā)射區(qū)13內(nèi)靠近19的位置,應(yīng)避免出現(xiàn)在反向擊穿時(shí)P型區(qū)13中的耗盡層內(nèi),如圖
      2所示。在二極管的橫向上(X方向),17應(yīng)位于13和18范圍內(nèi),避免影響芯片邊緣處的終端區(qū);從芯片俯視看,局域壽命控制窗口 25包含有源區(qū)窗口 23,不超出P型高阻區(qū)窗口 28,如圖8所示;采用注入擋版擋住終端區(qū)以實(shí)現(xiàn)區(qū)域注入,擋版材質(zhì)可用光刻板、金屬或光刻膠等。17的壽命約幾-幾十ns。圖2中心線處的載流子及壽命分布如圖3所示。
      [0064]H、按照常規(guī)方式生長(zhǎng)金屬,如圖2所示,對(duì)器件進(jìn)行全局壽命控制型,形成16。
      [0065]1、淀積鈍化層。
      [0066]通過(guò)上述步驟,得到了具有高動(dòng)態(tài)雪崩耐量的軟快恢復(fù)二極管器件結(jié)構(gòu)。
      [0067]最后應(yīng)當(dāng)說(shuō)明的是:以上實(shí)施例僅用以說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案而非對(duì)其限制,盡管參照上述實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明,所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解:依然可以對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】進(jìn)行修改或者等同替換,而未脫離本發(fā)明精神和范圍的任何修改或者等同替換,其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
      【權(quán)利要求】
      1.一種軟快恢復(fù)二極管,所述二極管包括N型本征區(qū)(01)、背N+緩沖區(qū)(02)、陽(yáng)極金屬層(051)以及陰極金屬層(052),所述背N+緩沖區(qū)(02)設(shè)置于N型本征區(qū)(01)的背面,所述陽(yáng)極金屬層(051)設(shè)置于二極管的陽(yáng)極;所述陰極金屬層(052)設(shè)置于二極管的陰極; 其特征在于,在所述N型本征區(qū)(01)的正面和陽(yáng)極金屬層(051)之間設(shè)有P型發(fā)射區(qū)(13),在所述陽(yáng)極金屬層(051)的兩端對(duì)稱設(shè)有掩蔽氧化層,在二極管有源區(qū)的邊界處設(shè)有P型高阻區(qū)(18),在有源區(qū)的中心處設(shè)有P+歐姆接觸層(19);全局壽命控制區(qū)(16)設(shè)置于二極管的整體,覆蓋二極管的所有結(jié)構(gòu)層;在二極管的軸向方向上,所述局域壽命控制層(17)位于P型發(fā)射區(qū)(13)內(nèi)靠近P+歐姆接觸層(19)的位置上,在二極管的垂直于軸向的方向上,局域壽命控制層(17)位于P型發(fā)射區(qū)(13)和P型高阻區(qū)(18)組成的平面內(nèi),避免局域壽命控制層(17)出現(xiàn)在終端區(qū),采用注入擋版擋住終端區(qū)以實(shí)現(xiàn)區(qū)域注入,擋版材質(zhì)采用光刻板、金屬或光刻膠實(shí)現(xiàn)。
      2.如權(quán)利要求1所述的軟快恢復(fù)二極管,其特征在于,所述P型發(fā)射區(qū)(13)的橫向?qū)挾刃∮贜型本征區(qū)(01)的橫向?qū)挾龋凰鯬型高阻區(qū)(18)的橫向?qū)挾刃∮赑型發(fā)射區(qū)(13)的橫向?qū)挾惹襊型高阻區(qū)(18)對(duì)稱設(shè)置于P型發(fā)射區(qū)(13)的兩端;所述P型發(fā)射區(qū)(13)的表面摻雜濃度為3el5-5el7cm_3,結(jié)深為4_25um ;所述P型高阻區(qū)(18)的摻雜濃度為 Iel5_lel7cm 3,結(jié)深為 5_30um。
      3.如權(quán)利要求1所述的軟快恢復(fù)二極管,其特征在于,所述掩蔽氧化層包括一次掩蔽氧化層(141、142)和二次掩蔽氧化層(143、144);二次掩蔽氧化層(144)的高度大于二次掩蔽氧化層(143)的高度;二次掩蔽氧化層(144)和二次掩蔽氧化層(143)形成階梯狀。
      4.如權(quán)利要求3所述的軟快恢復(fù)二極管,其特征在于,所述二次掩蔽氧化層(144)和二次掩蔽氧化層(143)形成階梯狀對(duì)稱設(shè)置于P+歐姆接觸層(19)。
      5.如權(quán)利要求1所述 的軟快恢復(fù)二極管,其特征在于,所述局域壽命控制層(17)的壽命為 l_100ns。
      6.如權(quán)利要求1所述的軟快恢復(fù)二極管,其特征在于,采用H+或He++離子進(jìn)行高能離子注入形成局域壽命控制層(17),采用擴(kuò)Pt或者電子輻照的方式形成全局壽命控制區(qū)(16)。
      7.如權(quán)利要求1所述的軟快恢復(fù)二極管,其特征在于,所述P型發(fā)射區(qū)(13)和P+歐姆接觸層(19)組成有源區(qū),所述P型高阻區(qū)(18)摻雜濃度低于P型發(fā)射區(qū)(13)的摻雜濃度,所述P型高阻區(qū)(18)寬度小于有源區(qū)寬度。
      8.—種如權(quán)利要求1-7中任一項(xiàng)所述的軟快恢復(fù)二極管的制造方法,其特征在于,所述方法包括下述步驟: A、在原始N型本征區(qū)(01)的基礎(chǔ)上,背面注入N型雜質(zhì)磷或砷,推結(jié)后形成5-40um的背N+緩沖區(qū)(02); B、對(duì)N型本征區(qū)(01)進(jìn)行表面清洗,生長(zhǎng)300-2000埃的注入氧化層(140),涂膠、顯影后形成P型摻雜注入窗口,帶膠注入P型雜質(zhì)硼,形成未激活的P型摻雜(131); C、對(duì)未激活的P型摻雜(131)進(jìn)行去膠、清洗后推結(jié),形成2-8um結(jié)深的P型摻雜132;一次氧化、刻蝕后形成一次掩蔽氧化層(141、142),一次掩蔽氧化層(141、142)作為注入阻擋,經(jīng)過(guò)P型雜質(zhì)注入,形成未激活的P型摻雜(181); D、二次光刻,刻蝕去除一次掩 蔽氧化層(142);E、去膠、清洗、推結(jié)及氧化后,同時(shí)形成P型發(fā)射區(qū)(13)、有源區(qū)邊緣處的P型高阻區(qū)(18)和二次掩蔽氧化層(143、144); F、三次光刻形成摻雜濃度高于P型發(fā)射區(qū)(13)的P+歐姆接觸層(19)的注入窗口,注入、激活后形成P+歐姆接觸層(19); G、采用H+或He++高能離子注入及退火,根據(jù)注入能量、劑量控制局域壽命控制層(17)的位置,根據(jù)退火溫度和時(shí)間控制局域壽命控制層(17)的缺陷形狀和質(zhì)量; H、按照常規(guī)金屬淀積方式生長(zhǎng)金屬,對(duì)二極管進(jìn)行全局壽命控制,通過(guò)對(duì)二極管的整體進(jìn)行擴(kuò)Pt或電子輻照的方式,使二極管具有輕微雜質(zhì)缺陷,形成全局壽命控制區(qū)(16); `1、淀積鈍化層。
      9.如權(quán)利要求8所述的制造方法,其特征在于,所述步驟E中,在同一結(jié)構(gòu)中,P型高阻區(qū)(18)的總摻雜濃度低于P型發(fā)射區(qū)(13);所述P型發(fā)射區(qū)(13)的表面摻雜濃度為3el5-5el7cm_3,結(jié)深為4_25um ;所述P型高阻區(qū)(18)的摻雜濃度為Iel5-lel7cm_3,結(jié)深為5-30um;所述P型高阻區(qū)(18)的橫向?qū)挾刃∮赑型發(fā)射區(qū)(13)的橫向?qū)挾惹襊型高阻區(qū)(18)對(duì)稱設(shè)置于P型發(fā)射區(qū)(13)的兩端。
      10.如權(quán)利要求8所述的制造方法,其特征在于,所述步驟F中,所述P+歐姆接觸層(19 )用于降低陽(yáng)極金屬層(51)與硅表面的歐姆接觸電阻。
      11.如權(quán)利要求8所述的制造方法,其特征在于,所述步驟G中,在二極管的軸向方向上,局域壽命控制層(17)位于P型發(fā)射區(qū)(13)內(nèi)靠近P+歐姆接觸層(19)的位置,避免出現(xiàn)在反向擊穿時(shí)P型發(fā)射`區(qū)(13)中的耗盡層內(nèi);在二極管的垂直于軸向的方向上,局域壽命控制層(17)位于P型發(fā)射區(qū)(13)和P型高阻區(qū)(18)組成的平面內(nèi),避免影響芯片邊緣處的終端區(qū); 所述局域壽命控制層(17)通過(guò)局域壽命控制窗口(25)注入實(shí)現(xiàn),所述局域壽命控制窗口(25)包含有源區(qū)窗口(23),不超出P型高阻區(qū)窗口(28);采用注入擋版擋住終端區(qū)以實(shí)現(xiàn)區(qū)域注入,擋版材質(zhì)采用光刻板、金屬或光刻膠(20); 所述局域壽命控制層(17)的壽命為l-100ns。
      【文檔編號(hào)】H01L29/861GK103872144SQ201410081630
      【公開(kāi)日】2014年6月18日 申請(qǐng)日期:2014年3月6日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月6日
      【發(fā)明者】劉鉞楊, 吳郁, 吳迪, 何延強(qiáng), 高文玉, 金銳, 于坤山 申請(qǐng)人:國(guó)家電網(wǎng)公司, 國(guó)網(wǎng)智能電網(wǎng)研究院, 國(guó)網(wǎng)北京市電力公司
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