本实用新型涉及功率半导体电力电子器件技术领域,具体是一种带有表面杂质浓度调节区的肖特基整流器。
背景技术:
功率半导体整流器,广泛应用于功率转换器和电源中。两种常见的半导体整流器结构分别是PIN整流器和肖特基整流器。
其中PIN整流器正向压降大,反向恢复时间长,但漏电较小,并且具有优越的高温稳定性,主要应用于300V以上的中高压范围。
肖特基整流器主要应用于200V以下的中低压范围,尤其在100V电压等级的应用非常广泛。肖特基整流器正向压降小,反向恢复时间短,但反向漏电流较高,高温可靠性较差。
在肖特基整流器的实际应用中,高反向击穿电压,低正向压降、低漏电流和高可靠性一直是产品追求的性能目标。已经公开的典型的肖特基整流器,为了实现高的抗冲击可靠性,通常在有源区表面普遍形成一层杂质浓度高于外延层杂质浓度的表面高杂质浓度区。这样的肖特基整流器有高的抗冲击可靠性,但也正是由于表面高杂质浓度区的存在,其漏电流变大。
技术实现要素:
本实用新型的目的是解决现有技术中漏电流大等问题,提出在保持肖特基整流器高反向击穿电压,低正向压降和高抗冲击可靠性的前提下,具有低漏电流的优势的器件。
为实现本实用新型目的而采用的技术方案是这样的,一种带有表面杂质浓度调节区的肖特基整流器,其特征在于:包括重掺杂第一导电类型衬底层、轻掺杂第一导电类型外延层、第二导电类型保护环区、第一导电类型表面杂质浓度调节区、场介质层、阳极金属层和阴极金属层。
所述重掺杂第一导电类型衬底层覆盖于阴极金属层之上。
所述轻掺杂第一导电类型外延层覆盖于重掺杂第一导电类型衬底层之上。
所述第二导电类型保护环区和第一导电类型表面杂质浓度调节区均覆盖于轻掺杂第一导电类型外延层之上的部分表面。所述第二导电类型保护环区、第一导电类型表面杂质浓度调节区的上表面共面。
所述场介质层覆盖于第一导电类型外延层之上的部分表面。
所述阳极金属层覆盖于介质层和第一导电类型表面杂质浓度调节区之上。所述阳极金属层还覆盖于第二导电类型保护环区之上的部分表面。
进一步,所述第二导电类型保护环区为闭合状的环形结构。环形包围的中间区域为有源区。
进一步,所述场介质层位于有源区外部。所述第一导电类型表面杂质浓度调节区位于有源区内部。
进一步,所述第一导电类型表面杂质浓度调节区为独立的一个连通区域或多个独立的连通区域。
所述第一导电类型表面杂质浓度调节区与第二导电类型保护环区可以接触,也可以不接触。
所述第一导电类型表面杂质浓度调节区覆盖于有源区的部分区域。
进一步,所述场介质层还覆盖于第二导电类型保护环区之上的部分表面。
所述场介质层与第一导电类型表面杂质浓度调节区不接触。
进一步,所述阳极金属层包括常规金属层和肖特基势垒层。所述肖特基势垒层位于硅层表面和常规金属层之间。所述肖特基势垒层由铂、镍铂金属和硅形成的合金构成。
本实用新型的技术效果是毋庸置疑的,本实用新型中的带有表面杂质浓度调节区的肖特基整流器及其制作方法,制作所得的产品保持高反向击穿电压,低正向压降和高抗冲击可靠性的前提下,具有低漏电流的优点。
附图说明
图1为本实用新型实施例的新器件1剖面结构示意图;
图2为本实用新型实施例的新器件2剖面结构示意图;
图3为本实用新型实施例的新器件正向特性曲线对比示意图;
图4为本实用新型实施例的新器件反向特性曲线对比示意图;
图中:重掺杂第一导电类型衬底层10、轻掺杂第一导电类型外延层20、第二导电类型保护环区21、第一导电类型表面杂质浓度调节区22、场介质层30、阳极金属层40和阴极金属层50。
具体实施方式
下面结合实施例对本实用新型作进一步说明,但不应该理解为本实用新型上述主题范围仅限于下述实施例。在不脱离本实用新型上述技术思想的情况下,根据本领域普通技术知识和惯用手段,做出各种替换和变更,均应包括在本实用新型的保护范围内。
实施例1:
如图1所示,本实施例制作出的表面杂质浓度调节高压肖特基整流器,其特征在于:包括重掺杂第一导电类型衬底层10、轻掺杂第一导电类型外延层20、第二导电类型保护环区21、第一导电类型表面杂质浓度调节区22、场介质层30、阳极金属层40和阴极金属层50。第一导电类型为N型,第二导电类型为P型。
所述N型外延层20覆盖在N+型衬底层10之上。所述N+型衬底层10为掺杂浓度19次方以上的砷杂质衬底。所述N型外延层20为杂质浓度2×1015cm-3的磷杂质外延层。
所述P型保护环区21覆盖在N型外延层20的部分区域。P型保护环区21是闭合的环形结构,其环绕的中间区域称为有源区。所述P型保护环区21采用剂量3×1013cm-2的硼注入后1100度退火形成。
所述N型表面杂质浓度调节区22由多个独立的连通区域构成;所述N型表面杂质浓度调节区22位于N型外延层20之上的部分区域,并位于有源区内,但没有覆盖有源区的全部表面,且与P型保护环区21相接触;所述N型表面杂质浓度调节区22采用剂量为1×1012cm-2,能量为100KeV的磷注入后经过高温退火形成。
所述场介质层30覆盖于N型外延层20之上的部分表面。所述场介质层30位于有源区外。所述场介质层30还覆盖于P型保护环区21之上的部分表面;所述场介质层30与N型表面杂质浓度调节区22不接触。所述场介质层30约1微米。
所述阳极金属层40包括常规金属层和肖特基势垒层;所述肖特基势垒层位于硅层表面和常规金属层之间;所述肖特基势垒层由铂和硅形成的合金构成。所述阳极金属层40还覆盖在场介质层30之上。
所述阴极金属层50位于N+型衬底层10之下。
实施例2:
如图2所示,本实施例制作出的表面杂质浓度调节高压肖特基整流器,其特征在于:包括重掺杂第一导电类型衬底层10、轻掺杂第一导电类型外延层20、第二导电类型保护环区21、第一导电类型表面杂质浓度调节区22、场介质层30、阳极金属层40和阴极金属层50。其中,第一导电类型为N型,第二导电类型为P型。
所述N型外延层20覆盖在N+型衬底层10之上。所述N+型衬底层10为掺杂浓度19次方以上的砷杂质衬底。所述N型外延层20为杂质浓度2×1015cm-3的磷杂质外延层。
所述P型保护环区21覆盖在N型外延层20的部分区域。P型保护环区21是闭合的环形结构,其环绕的中间区域称为有源区。所述P型保护环区21采用剂量3×1013cm-2的硼注入后1100度退火形成。
所述N型表面杂质浓度调节区22位于N型外延层20之上的部分区域,并位于有源区内,且与P型保护环区21不接触;所述N型表面杂质浓度调节区22采用剂量为1×1012cm-2,能量为100KeV的磷注入后经过高温退火形成。
所述场介质层30覆盖于N型外延层20之上的部分表面。所述场介质层30位于有源区外。所述场介质层30还覆盖于P型保护环区21之上的部分表面;所述场介质层30与N型表面杂质浓度调节区22不接触。所述场介质层30约1微米。
所述阳极金属层40包括常规金属层和肖特基势垒层;所述肖特基势垒层位于硅层表面和常规金属层之间;所述肖特基势垒层由铂和硅形成的合金构成。所述阳极金属层40还覆盖在场介质层30之上。
所述阴极金属层50位于N+型衬底层10之下。
如图3所示为实施例新器件的正向特性曲线。与常规器件相比,同样的阳极电流下,新器件的正向导通电压差不多与常规器件的正向导通电压相同,因此新器件保持了低正向压降的特点。
如图4所示为实施例新器件的反向特性曲线。可以看出,与常规器件相比,新器件保持了高反向击穿电压特性,并且具有较低的漏电流。