述元胞中的第二 P型重?fù)诫s區(qū)1采用背面注入工藝，采用硼離子注入，可通過調(diào)節(jié)注入劑量和能量控制P型重?fù)诫s區(qū)深度。
[0044]本發(fā)明的工作原理為:
[0045]本發(fā)明半導(dǎo)體器件的元胞1 (1)、1 (2)…1 (e)如圖2所示，包括背面注入的第二 P型重?fù)诫s區(qū)1、N型摻雜襯底2、N型輕摻雜外延層3、擴(kuò)散P型阱區(qū)4、用作歐姆接觸的第一P型重?fù)诫s區(qū)5、耗盡型溝道區(qū)6、N型重?fù)诫s區(qū)7、金屬陽極8、金屬陰極9及氧化層10 ;元胞的個(gè)數(shù)e及擴(kuò)散P型阱區(qū)4之間的間距、元胞外延層厚度、元胞襯底厚度均可根據(jù)恒流電流和夾斷電壓要求靈活調(diào)節(jié)。
[0046]本發(fā)明所述半導(dǎo)體器件在擴(kuò)散P型阱區(qū)4表面進(jìn)行調(diào)溝注入，注入磷離子，使表面補(bǔ)償形成N型耗盡型溝道區(qū)6，再通過注入形成第一 P型重?fù)诫s區(qū)5、N型重?fù)诫s區(qū)7，再通過背面注入形成第二 P型重?fù)诫s區(qū)1。通過調(diào)節(jié)調(diào)溝注入磷離子的劑量及擴(kuò)散P型阱區(qū)4之間的距離可使溝道區(qū)實(shí)現(xiàn)較小的夾斷電壓；耗盡型溝道6夾斷后，隨著電壓的增大，溝道內(nèi)載流子速度達(dá)到飽和，到達(dá)夾斷點(diǎn)后被耗盡區(qū)強(qiáng)電場掃入N型重?fù)诫s區(qū)7，電流不隨電壓增大而增大，可實(shí)現(xiàn)較好的恒流能力；電流大小可通過調(diào)整調(diào)溝注入的磷離子劑量和耗盡型溝道長度進(jìn)行調(diào)節(jié)，器件的耐壓可通過改變N型襯底2、N型輕摻雜外延層3的濃度和厚度進(jìn)行調(diào)節(jié)。
[0047]本發(fā)明所述半導(dǎo)體器件的金屬陽極8連接高電位，金屬陰極9連接低電位，擴(kuò)散P型阱區(qū)4和N型輕摻雜外延層3形成耗盡層，元胞兩端的耗盡區(qū)之間形成垂直溝道，隨著外加電壓變大，耗盡層厚度不斷加厚，耗盡層的擴(kuò)展導(dǎo)致導(dǎo)電溝道變窄。當(dāng)溝道尚未夾斷時(shí)，溝道電阻為半導(dǎo)體電阻，電流隨著電壓的增大而增大，此時(shí)器件工作在線性區(qū)；當(dāng)外加電壓繼續(xù)增大到兩側(cè)的耗盡層相接觸時(shí)，溝道夾斷，此時(shí)的陽極電壓稱為夾斷電壓，溝道夾斷后，繼續(xù)增加陽極電壓，夾斷點(diǎn)隨陽極電壓的增大變化緩慢，器件電流增大變緩，形成恒定電流功能，此時(shí)器件工作在恒流區(qū)。由于耗盡型溝道區(qū)6的存在，在耗盡型溝道區(qū)6兩端形成電壓降可以加快耗盡區(qū)的耗盡速度，在垂直溝道夾斷后，電流不隨電壓增大而增大，從而實(shí)現(xiàn)恒流能力；電流大小可通過調(diào)整調(diào)溝注入的磷離子劑量、溝道長度以及JFET區(qū)濃度和間距進(jìn)行調(diào)節(jié)，器件耐壓可通過調(diào)整外延以及襯底的濃度和厚度進(jìn)行調(diào)節(jié)。
[0048]實(shí)施例:
[0049]本實(shí)施例以正向耐壓約250V，電流約為2Ε_5Α/μπι，反向耐壓約450V的半導(dǎo)體器件為例，詳述本發(fā)明的技術(shù)方案。
[0050]借助TSUPREM4及MEDICI仿真軟件對(duì)如圖2所示的半導(dǎo)體器件的元胞進(jìn)行工藝仿真，仿真參數(shù)為:初始硅片厚度約為250 μ m，N型摻雜襯底2電阻率為10?20 Ω.cm，N型輕摻雜外延層3厚度為22 μm ;對(duì)稱的兩個(gè)擴(kuò)散P型阱區(qū)4的深度約為4?6 μπι，寬度約為10?12 μm，兩個(gè)擴(kuò)散P型阱區(qū)4注入硼，之間的距離約為8 μπι;調(diào)溝注入磷離子可調(diào)；用作歐姆接觸的第一 Ρ型重?fù)诫s區(qū)5注入硼；Ν型重?fù)诫s區(qū)7注入磷；背面注入第二 Ρ型重?fù)诫s區(qū)1注入硼離子；金屬陰極9的厚度可變；金屬陽極8的厚度可變；耗盡型溝道區(qū)6的長度約為6?7 μ?? ;氧化層10的厚度約為0.8 μπι。
[0051]圖4為本發(fā)明實(shí)施例提供的半導(dǎo)體器件通過仿真得到的1-ν特性曲線圖。從圖4中可看出器件的夾斷電壓在4V以下，夾斷電壓可通過調(diào)節(jié)擴(kuò)散P型阱區(qū)4的注入劑量、N型襯底濃度以及調(diào)溝劑量進(jìn)行控制。本發(fā)明器件為雙極型器件，電流密度較單極型器件大，到達(dá)飽和區(qū)之后，載流子漂移速度達(dá)到飽和速度，電流大小基本不隨電壓增大而改變，從圖中也可看出到達(dá)飽和區(qū)后電流基本恒定，恒流特性較好。圖5為本發(fā)明實(shí)施例提供的半導(dǎo)體器件通過仿真得到的反向1-ν特性曲線圖。從圖5可以看出，本發(fā)明實(shí)施例半導(dǎo)體器件的反向擊穿電壓在450V以上，反向擊穿電壓可以通過調(diào)節(jié)襯底2的濃度和厚度控制。
[0052]圖6為本發(fā)明實(shí)施例提供的半導(dǎo)體器件的元胞的制造方法工藝流程示意圖；圖7為圖6元胞制造過程中對(duì)應(yīng)的工藝仿真圖。其中，(1)為初始硅片；(2)為硅片正面外延；(3)為P型摻雜注入推結(jié)形成對(duì)稱的擴(kuò)散Ρ型阱區(qū)4 ; (4)為調(diào)溝注入及Ν型重?fù)诫s注入、Ρ型重?fù)诫s注入；(5)為正面淀積氧化層、金屬層及鈍化；(6)為硅片背面Ρ型重?fù)诫s注入、淀積金屬層及鈍化。初始硅片以其中一面為正面外延后，進(jìn)行預(yù)氧及Ρ型重?fù)诫s注入，注入劑量根據(jù)不同電流能力調(diào)節(jié)，而后進(jìn)行推結(jié)形成擴(kuò)散Ρ型阱區(qū)；然后，預(yù)氧后進(jìn)行調(diào)溝注入，形成表面耗盡溝道，再進(jìn)行Ν型重?fù)诫s注入、Ρ型重?fù)诫s注入，刻蝕多余的氧化層；然后正面淀積氧化層、金屬層及鈍化；再進(jìn)行背面減薄、Ρ型重?fù)诫s背面注入；最后背面淀積金屬層及鈍化。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種半導(dǎo)體器件，包括多個(gè)結(jié)構(gòu)相同并依次連接的元胞，所述元胞包括N型摻雜襯底(2)，位于N型摻雜襯底⑵之上的N型輕摻雜外延層(3)，位于N型輕摻雜外延層(3)之中的擴(kuò)散P型阱區(qū)(4)，所述擴(kuò)散P型阱區(qū)(4)為兩個(gè)并分別位于元胞的兩端，位于擴(kuò)散P型阱區(qū)(4)之中的第一 P型重?fù)诫s區(qū)(5)和N型重?fù)诫s區(qū)(7)，位于N型輕摻雜外延層(3)和擴(kuò)散P型阱區(qū)(4)上表面的氧化層(10)，覆蓋整個(gè)元胞表面的金屬陰極(9)，位于N型摻雜襯底(2)下表面的第二 P型重?fù)诫s區(qū)(1)，位于第二 P型重?fù)诫s區(qū)(1)下表面的金屬陽極(8)，所述第一 P型重?fù)诫s區(qū)(5)、N型重?fù)诫s區(qū)(7)和金屬陰極(9)形成歐姆接觸，所述第二 P型重?fù)诫s區(qū)(1)和金屬陽極(8)形成歐姆接觸。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于，所述半導(dǎo)體器件還包括位于N型重?fù)诫s區(qū)(7)和N型輕摻雜外延層(3)之間且嵌入擴(kuò)散P型阱區(qū)(4)上表面的N型耗盡型溝道區(qū)(6)，所述氧化層(10)位于N型輕摻雜外延層(3)和N型耗盡型溝道區(qū)(6)上表面。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于，所述半導(dǎo)體器件中各摻雜類型可相應(yīng)變?yōu)橄喾吹膿诫s，即P型摻雜變?yōu)镹型摻雜的同時(shí)，N型摻雜變?yōu)镻型摻雜。4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于，所述半導(dǎo)體器件所用半導(dǎo)體材料為硅或碳化硅。5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于，所述元胞中擴(kuò)散P型阱區(qū)(4)之間的距離、N型摻雜襯底(2)的厚度、N型輕摻雜外延層(3)的厚度可根據(jù)具體耐壓及夾斷電壓的要求調(diào)節(jié)；所述元胞的個(gè)數(shù)可根據(jù)恒定電流值的要求調(diào)節(jié)。6.一種半導(dǎo)體器件的制造方法，包括以下步驟: 步驟1:采用N型硅片作為襯底，在其表面進(jìn)行輕摻雜N型外延，形成N型輕摻雜外延層⑶； 步驟2:進(jìn)行擴(kuò)散P型阱區(qū)(4)注入前預(yù)氧； 步驟3:光刻擴(kuò)散P型阱區(qū)窗口，進(jìn)行擴(kuò)散P型阱區(qū)(4)注入，注入劑量根據(jù)不同電流能力調(diào)節(jié)，然后進(jìn)行擴(kuò)散P型阱區(qū)(4)推結(jié)，刻蝕多余的氧化層； 步驟4:進(jìn)行第一 P型重?fù)诫s區(qū)(5)、N型重?fù)诫s區(qū)(7)注入前預(yù)氧，光刻N(yùn)+窗口，進(jìn)行N型重?fù)诫s區(qū)(7)注入，光刻P+窗口，進(jìn)行第一 P型重?fù)诫s區(qū)(5)注入，刻蝕多余的氧化層； 步驟5:在元胞上表面淀積前預(yù)氧，淀積氧化層，光刻、刻蝕形成氧化層(10)； 步驟6:歐姆孔刻蝕，淀積鋁金屬； 步驟7:刻蝕金屬，形成金屬陰極(9); 步驟8:淀積鈍化層，刻陰極PAD孔； 步驟9:將硅片減薄，在N型摻雜襯底(2)下表面注入第二 P型重?fù)诫s區(qū)(1); 步驟10:第二 P型重?fù)诫s區(qū)(1)下表面形成金屬陽極⑶； 步驟11:淀積鈍化層，刻陽極PAD孔。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于，所述半導(dǎo)體器件制造方法中第一 P型重?fù)诫s區(qū)(5)與N型重?fù)诫s區(qū)(7)的注入順序可互換。8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于，所述半導(dǎo)體器件制造方法中金屬陽極(8)與金屬陰極(9)同時(shí)形成。9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于，所述硅片減薄的厚度可根據(jù)具體耐壓調(diào)節(jié)。
【專利摘要】一種半導(dǎo)體器件及其制造方法，屬于半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域。包括多個(gè)結(jié)構(gòu)相同并依次連接的元胞，所述元胞包括N型摻雜襯底，位于N型摻雜襯底之上的N型輕摻雜外延層，位于N型輕摻雜外延層之中的擴(kuò)散P型阱區(qū)，位于擴(kuò)散P型阱區(qū)之中的第一P型重?fù)诫s區(qū)和N型重?fù)诫s區(qū)，位于N型輕摻雜外延層和擴(kuò)散P型阱區(qū)上表面的氧化層，覆蓋整個(gè)元胞的金屬陰極，位于N型摻雜襯底下表面的第二P型重?fù)诫s區(qū)和金屬陽極。本發(fā)明半導(dǎo)體器件在襯底背面注入與襯底摻雜類型相反的半導(dǎo)體材料，一方面，P型重?fù)诫s背面注入會(huì)向N型襯底與N型輕摻雜外延層注入空穴，使得半導(dǎo)體器件為空穴電流和電子電流兩種載流子電流，增大器件的電流密度，另一方面可提高器件的反向耐壓。
【IPC分類】H01L29/06, H01L29/73
【公開號(hào)】CN105405873
【申請?zhí)枴緾N201510995670
【發(fā)明人】喬明, 方冬, 于亮亮, 何逸濤, 張波
【申請人】電子科技大學(xué)
【公開日】2016年3月16日
【申請日】2015年12月25日