一种快恢复二极管及其制作方法与流程

本发明涉及半导体器件技术领域，更具体的说，涉及一种快恢复二极管及其制作方法。

背景技术：

绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor，简称IGBT)是由双极型三极管(BJT)和绝缘栅型场效应管(MOSFET)组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件，兼有MOSFET器件的高输入阻抗和电力晶体管(即巨型晶体管，简称GTR)的高速开关特性的优点，因此，IGBT器件被广泛应用到交流电机、变频器、开关电源、照明电路、牵引传动等领域。

快恢复二极管(FRD，Fast Recovery Diode)可以与绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor，简称IGBT)集成在同一芯片上，制成为逆导型绝缘栅双极晶体管(RC-IGBT，Reverse Conducting-Insulated Gate Bipolar Transistor)。RC-IGBT提高了功率密度，降低了芯片面积、制作成本以及封装成本，同时提高了IGBT的可靠性。

参考图1，图1为现有技术中常见的一种FRD的结构示意图，包括：衬底，所述衬底具有漂移区11；设置在所述衬底上表面内的主结12；设置在所述衬底上表面内的场限环13以及截止环14；设置在所述衬底下表面内的阴极区15。其中，所述场限环13包围所述主结12，可根据器件规格设置为多个，多个场限环13间隔分布。所述截止环14包围所述场限环13。所述衬底对应所述主结12的上表面上方设置有金属阳极16，下表面设置有金属阴极17。

现有的FRD中，主结边缘的电流密度大于主结中心的电流密度，不利于FRD的反向恢复；且边缘电流密度较大，易使得FRD的主结发生动态雪崩击穿。

技术实现要素：

为解决上述问题，本发明提供了一种FRD及其制作方法，降低了主结边缘的电流密度，便于FRD的反向恢复，防止了主结发生动态雪崩击穿。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

衬底，所述衬底具有漂移区；

设置在所述衬底上表面内的主结；

设置在所述衬底上表内的场限环以及截止环，所述场限环包围所述主结，所述截止环包围所述场限环；

设置在所述衬底下表面内的阴极区；

设置在所述漂移区内的载流子低寿命薄层；

其中，所述漂移区包括主结区以及终端区；所述主结设置在所述主结区内，所述场限环以及截止环设置在所述终端区内；所述载流子低寿命薄层位于所述场限环以及截止环的下方，且位于所述阴极区的上方。

优选的，在上述FRD中，所述载流子低寿命薄层与所述场限环的底部距离小于100μm。

优选的，在上述FRD中，所述载流子低寿命薄层的载流子寿命不大于所述漂移区的载流子寿命的百分之十。

本发明还提供了一种FRD的制作方法，该制作方法包括：

提供以衬底，所述衬底具有漂移区；

在所述衬底上表面内形成主结；

在所述衬底上表面内形成场限环以及截止环，所述场限环包围所述主结，所述截止环包围所述场限环；

在所述衬底下表面内形成阴极区；

在所述漂移区内形成载流子低寿命薄层；

其中，所述漂移区包括主结区以及终端区；所述主结设置在所述主结区内，所述场限环以及截止环设置在所述终端区内；所述载流子低寿命薄层位于所述场限环以及截止环的下方，且位于所述阴极区的上方。

优选的，在上述制作方法中，所述在所述漂移区内形成载流子低寿命薄层为：通过对所述衬底上表面对应所述终端区的位置进行He离子辐照，形成所述载流子低寿命薄层。

优选的，在上述制作方法中，在形成所述载流子低寿命薄层后，还包括：

对所述衬底进行退火处理，调整所述载流子低寿命薄层的注入深度以及载流子寿命。

通过上述描述可知，本发明提供的FRD包括：衬底，所述衬底具有漂移区；设置在所述衬底上表面内的主结；设置在所述衬底上表内的场限环以及截止环，所述场限环包围所述主结，所述截止环包围所述场限环；设置在所述衬底下表面内的阴极区；设置在所述漂移区内的载流子低寿命薄层；其中，所述漂移区包括主结区以及终端区；所述主结设置在所述主结区内，所述场限环以及截止环设置在所述终端区内；所述载流子低寿命薄层位于所述场限环以及截止环的下方，且位于所述阴极区的上方。所述FRD通过所述载流子低寿命薄层可以降低主结边缘处的电流密度，便于FRD的反向恢复，防止了主结发生动态雪崩击穿，提高了FRD的安全工作区范围。所述FRD制作方法简单，制作成本低。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实 施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为现有技术中常见的一种FRD的结构示意图；

图2为本申请实施例提供的一种FRD的结构示意图；

图3为本申请实施例提供的另一种FRD的结构示意图；

图4-图8为本申请实施例提供的一种FRD的制作方法的流程示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，主结12为P型重掺杂(P+)区，场限环为P型掺杂(P)区，其中，P+区的掺杂浓度大于P区的掺杂浓度。截止环14与阴极区15为N型重掺杂(N+)区，漂移区为N型轻掺杂(N-)区，其中，N+区的掺杂浓度大于N-区的掺杂浓度。

传统的FRD当施加正向工作电压后，会形成由金属阳极16到金属阴极17的电流。此时，不仅主结12正对的漂移区11会对主结进行电子注入，与场限环14以及截止环14正对的漂移区11也会对主结12进行电子注入，形成电流，导致主结12靠近场限环13的边缘的电流密度大于主结12中心的电流密度，不利于FRD的反向恢复；且边缘电流密度较大，易使得FRD的主结12发生动态雪崩击穿。

为了降低主结边缘处的电流密度，可以采用图2所示结构的FRD，图2为 本申请实施例提供的一种FRD的结构示意图，图2所示FRD与图1所示实施方式的主结12、场限环13、截止环14、漂移区11、金属阳极16以及金属阴极17结构相同，不同在于阴极区25包括第一阴极区251以及第二阴极区252。对应主结12的阴极区25(第一阴极区251)为N+，其他阴极区(第二阴极区252)为N-。通过降低第二阴极区252的掺杂浓度，进而可以降低第二阴极区252对漂移区11的电子注入，进而降低对应第二阴极区252对应的漂移区11与主结12的电流，进而降低主结12边缘处的电流密度，从而便于FRD的反向恢复，且防止主结12发生雪崩击穿。

但是，采用图2所示实施方式的FRD，制作时需要通过光刻工艺制备掩膜板，以便于在衬底背面形成不同掺杂浓度的N+与N-，制作工艺复杂，成本高。

为解决上述问题，本申请实施例提供了一种FRD，参考图3，图3为本申请实施例提供的另一种FRD的结构示意图，该FRD包括：

衬底，所述衬底具有漂移区11；

设置在所述衬底上表面内的主结12；

设置在所述衬底上表内的场限环13以及截止环14，所述场限环13包围所述主结12，所述截止环14包围所述场限环13；

设置在所述衬底下表面内的阴极区15；

设置在所述漂移区11内的载流子低寿命薄层21；

其中，所述漂移区11包括主结区A以及终端区D；所述主结12设置在所述主结区A内，所述场限环13以及截止环14设置在所述终端区D内；所述载流子低寿命薄层21位于所述场限环13以及截止环14的下方，且位于所述阴极区15的上方。

所述终端区D包围所述主结区A，图3所示仅为FRD的一半结构，整体结构为关于图3左侧镜面对称的结构。

图3所示实施方式在图1所示基础上增减了载流子低寿命薄层21。载流子 低寿命薄层21可以降低对应终端区D的漂移区11对主结12的电子注入，进而降低对应终端区D的漂移区11对主结12的电流，进而降低主结12边缘处的电流密度，从而便于FRD的反向恢复，且能够防止主结12发生雪崩击穿。

由于降低了主结12边缘的电流密度，故主结12可以承受更高的工作电压，提高了FRD的安全工作区的范围。

可以通过离子辐照工艺形成所述载流子低寿命薄层21。在辐照时直接以金属阳极16为掩膜板，无需单独进行光刻工艺制备掩膜板，载流子低寿命薄层21制作工艺简单，成本低。

在本实施例中，所述载流子低寿命薄层21与所述场限环13的底部距离小于100μm。所述载流子低寿命薄层21的载流子寿命不大于所述漂移区11的载流子寿命的百分之十，一般的，流子低寿命薄层21的载流子寿命为漂移区11的载流子寿命的几十分之一到十分之一。采用上述数据，能够更好的通过载流子低寿命薄层21降低主结12边缘处的电流密度。

本申请实施例还提供了一种FRD的制作方法，参考图4-图8，图4-图8为本申请实施例提供的一种FRD的制作方法的流程示意图，该制作方法包括：

步骤S11：如图4所示，提供以衬底，所述衬底具有漂移区11。

漂移区11包括：主结区A以及终端区D。所述终端区D包围所述主结区A。可以直接采用N-的衬底，便于该衬底具有N-的漂移区。

步骤S12：如图5所示，在所述衬底上表面内形成主结12。

在衬底对应主结区A的上表面内形成主结12。主结12为P+区。

步骤S13：如图6所示，在所述衬底上表面内形成场限环13以及截止环14，所述场限环13包围所述主结12，所述截止环14包围所述场限环13。

场限环13为P区，可设置三个间隔分布的场限环13。截止环14为N+区。场限环13以及截止环14设置在衬底对应终端区D的上表面内。场限环 13与场限环13之间绝缘。场限环13与截止环14之间绝缘。场限环13与主结12之间绝缘。

步骤S14：如图7所示，在所述衬底下表面内形成阴极区15。

阴极区15为N+区。需要说明是，主结12、场限环13、截止环14以及阴极区15均是通过对应类型(P型或是N型)浓度的离子掺杂直接形成在N-的衬底表面内。

在该步骤中，进一步需要在主结12的上表面形成金属阳极16，在阴极区15的下表面形成金属阴极17。可以通过镀膜工艺形成金属阳极16以及金属阴极17。

步骤S15：如图8所示，在所述漂移区内形成载流子低寿命薄层21。

最终形成的FRD结构与图3结构相同。

所述漂移区11包括主结区A以及终端区D；所述主结12设置在所述主结区A内，所述场限环13以及截止环14设置在所述终端区D内；所述载流子低寿命薄层21位于所述场限环13以及截止环14的下方，且位于所述阴极区15的上方。

本实施例中，所述在所述漂移区11内形成载流子低寿命薄层21为：通过对所述衬底上表面对应所述终端区D的位置进行He离子辐照，形成所述载流子低寿命薄层21。

由于金属阳极16为金属层，可以直接作为He离子辐照时掩膜板，无需额外制备掩膜板，因此，FRD的制作工艺简单，成本低。

在形成所述载流子低寿命薄层后21，还包括：对所述衬底进行退火处理，调整所述载流子低寿命薄层的注入深度以及载流子寿命。通过进行所述退火处理，可以更好的调节FRD的参数特性，使得载流子低寿命薄层21更大程度的降低主结12边缘处的电流密度。

所述制作方法制备的FRD具有载流子低寿命薄层后21，可以用于降低主 结12边缘处的电流密度，从而便于FRD的反向恢复，且能够防止主结12发生雪崩击穿。

需要说明的是，本申请实施例所述FRD制作方法实施例基于FRD结构实施例，相同相似之处可以相互补充说明。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。