一种新型高电流密度快恢复二极管结构及其制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种新型高电流密度快恢复二极管结构其制作方法，属于功率半导体 器件技术领域。
【背景技术】
[0002] 快恢复二极管由于具有开关性能好、反向恢复时间短、正向电流大、反向耐压高、 体积小、安装简便等优点，广泛地应用于脉宽调制器、开关电源、不间断电源等装置中，作高 频、高压、大电流整流、续流及保护用，已成为应用装置中不可或缺的组成部分。
[0003] 功率半导体器件的研宄和发展，使得快恢复二极管向着大容量、高频、高效、高可 靠性及更低成本的方向不断发展。
[0004] 在快恢复二极管的制造中，减小反向恢复时间的方法是在器件内部引入复合中 心。目前广泛使用的技术手段为轻离子辐照和贵金属掺杂。贵金属掺杂是通过向器件中掺 杂金、铂等重金属杂质作为复合中心，减小少子寿命，以达到缩小反向恢复时间的目的。
[0005] 资料显示现有常规快恢复二极管大都采用平面结工艺制作，此种器件电流密度有 限，在相同结面积下大大限制了其电流容纳能力。采用轻离子辐照技术产生的主缺陷能级 匕为Et= E c-0. 42eV，靠近硅材料禁带中央，器件反向偏置时漏电较大，式中Ec导带能级。
【发明内容】
[0006] 本发明解决的技术问题为：克服现有技术不足，提供一种新型高电流密度快恢复 二极管结构及其制作方法，通过芯片正面挖槽，然后淀积掺硼多晶硅推结形成器件阳极区 方案，形成带槽阳极区，有效解决了常规平面结结构电流密度有限的问题，提高器件的电流 密度。
[0007] 本发明解决的技术方案为：一种新型高电流密度快恢复二极管结构，包括N型衬 底、场环终端结构、和钝化层，该场环终端结构位于衬底的边缘内侧，钝化层覆盖在场环终 端结构上，N型衬底的正面挖有多个沟槽，多个沟槽之间有一定间距，将掺硼多晶硅淀积回 填凹槽，使掺硼多晶硅覆盖于有源区表面，退火推结形成带槽阳极区，即有源区；通过在N 型衬底的背面进行铂淀积退火扩散工艺，使铂离子均匀分布于衬底中。
[0008] 所述场环终端结构包括多个场环和截止环，截止环中套有多个场环，且多个场环 间有一定间距，截止环最靠近N型衬底的边缘。
[0009] 所述的多个沟槽沟为长条形，槽深为1~20 μ m、槽宽为2~10 μ m。
[0010] 所述的多个沟槽之间的间距为小于两倍耗尽区宽度。
[0011] 所述的有源区表面覆盖的掺硼多晶硅的厚度为3~5 μπι。
[0012] -种新型高电流密度快恢复二极管结构的制作方法，包括步骤如下：
[0013] (1)在N型芯片正面，通过干法刻蚀的方法挖多个沟槽；
[0014] (2)将掺硼多晶硅淀积回填在步骤（1)的多个沟槽后，高温推结形成器件阳极区， 即有源区；
[0015] (3)在步骤（1)的N型芯片的边缘设置场环终端结构，该场环终端结构包括多个场 环和截止环，截止环中套有多个场环，且多个场环间有一定间距，截止环最靠近N型衬底的 边缘；
[0016] (4)在步骤（3)的场环终端结构上，通过离子增强型化学气相淀积PECVD制作钝化 层。
[0017] 所述步骤（1)的挖沟槽深度为2-20 μπκ槽宽为2-10 μπκ槽间距为小于两倍耗尽 区宽度（耗尽区为，向该二极管加反向偏压时，在PN结出空间电荷被耗尽，产生耗尽区，由 于N型衬底掺杂浓度较低，耗尽主要在N型衬底展开）。
[0018] 本发明与现有技术相比的优点在于：
[0019] (1)本发明通过芯片挖槽技术结合掺硼多晶硅淀积形成带槽阳极区，和现有技术 比在相同芯片的前提下有效增大器件结面积，提高器件电流密度，增加器件电流容量。
[0020] (2)本发明通过重掺杂多晶硅推结，可与N型衬底形成良好的欧姆接触，与现有技 术相比可有效提高器件可靠性。
[0021] (3)本发明通过背面真空蒸铂后退火引入符合中心，形成器件寿命控制，与现有辐 照寿命控释相比能够有效降低器件漏电。
[0022] (4)本发明可用于大电流、快恢复二极管的生产，属于功率半导体器件领域。其技 术特点：采用挖槽技术，在芯片正面有源区处挖槽，槽间距依器件性能参数做相应调整，然 后用掺硼多晶硅淀积，推结形成器件带槽阳极区；对单晶片背面采用真空蒸铂后退火方法， 引入符合中心获得较好的快恢复特性；终端区域与常规器件一致，采用场环结构。
[0023] (5)本发明和现有技术相比，采用本发明在单位芯片面积内可显著提高器件电流 密度，增加器件电流容量；相同电流指标器件，可有效减小器件有源区面积，提高圆片利用 率，增加经济效益；重掺杂的多晶硅可与N型芯片形成欧姆接触，提高器件可靠性。
【附图说明】
[0024] 图1为本发明的芯片正面挖槽剖面图；
[0025] 图2为本发明的阳极区多晶硅回填图；
[0026] 图3为本发明的器件截面图；
[0027] 图4为本发明的器件正面俯视图。
【具体实施方式】
[0028] 本发明的基本思路为：提供一种新型高电流密度快恢复二极管结构，针对现有常 规平面结器件电流密度相对较小、器件电流容量偏低的问题，通过挖槽技术结合掺硼多晶 硅淀积形成带槽阳极区，与常规平面结构相比可显著增大阳极有源区结面积，提高器件的 电流密度，相同电流下节省芯片面积提高经济效益。重掺杂多晶硅可与N型衬底形成良好 的欧姆接触，提高器件可靠性。
[0029] 下面结合附图对本发明做进一步详细描述。
[0030] 如图1和图4所示，一种新型高电流密度快恢复二极管结构，包括（I)N型衬底、 (3)场环终端结构和（4)钝化层，该场环终端结构位于衬底的边缘内侧，钝化层覆盖在场环 终端结构上，N型衬底的正面挖有多个沟槽，多个沟槽之间有一定间距，将（2)掺硼多晶硅 淀积回填凹槽，使掺硼多晶硅覆盖于有源区表面，退火推结形成带槽阳极区，即有源区，如 图3所示；通过在N型衬底的背面进行铂淀积退火扩散工艺，使铂离子均匀分布于衬底中。 所述场环终端结构包括多个场环和（5)截止环，截止环中套有多个场环，且多个场环间有 一定间距，截止环最靠近N型衬底的边缘。
[0031] 所述的多个沟槽沟为长条形，槽深为1~20 μ m、槽宽为2~10 μ m。
[0032] 所述的多个沟槽之间的间距为小于两倍耗尽区宽度。
[0033] 所述的有源区表面覆盖的掺硼多晶硅的厚度为3~5 μπι。
[0034] -种新型高电流密度快恢复二极管结构的制作方法，包括步骤如下：
[0035] (1)在N型芯片正面，通过干法刻蚀的方法挖多个沟槽；如图1所示，多个沟槽为 长条形，槽深为1~20 μπκ槽宽为2~10 μπι。多个沟槽之间的间距为小于两倍耗尽区宽 度。
[0036] 槽宽一定时适当增加槽深深度，可有效增大器件有源区面积，提高器件电流密度。 但槽深与槽宽选择为一个折中关系，槽深增加挖槽的深宽比将增大，刻蚀挖槽随深宽比的 增大而越来越困难，如下表所示。所以本专利中深宽比设定为小于10 :1，槽宽为2μπι时， 挖槽深度最大为20 μ m。
[0037]
【主权项】
1. 一种新型高电流密度快恢复二极管结构，其特征在于：包括N型衬底、场环终端结构 和钝化层，该场环终端结构位于衬底的边缘内侧，钝化层覆盖在场环终端结构上，N型衬底 的正面挖有多个沟槽，多个沟槽之间有一定间距，将掺硼多晶硅淀积回填凹槽，使掺硼多晶 硅覆盖于有源区表面，退火推结形成带槽阳极区，即有源区，带槽阳极区和N型衬底交界处 形成PN结；通过在N型衬底的背面进行真空蒸铂退火扩散工艺，使铂离子均匀分布于衬底 中。
2. 根据权利要求1所述的一种新型高电流密度快恢复二极管结构，其特征在于：所述 场环终端结构包括多个场环和截止环，截止环中套有多个场环，且多个场环间有一定间距， 截止环最靠近N型衬底的边缘。
3. 根据权利要求1所述的一种新型高电流密度快恢复二极管结构，其特征在于：所述 的多个沟槽沟为长条形，槽深为1~20ym、槽宽为2~10ym。
4. 根据权利要求1所述的一种新型高电流密度快恢复二极管结构，其特征在于：所述 的多个沟槽之间的间距为小于两倍耗尽层厚度。
5. 根据权利要求1所述的一种新型高电流密度快恢复二极管结构，其特征在于：所述 的有源区表面覆盖的掺硼多晶硅的厚度为3~5ym。
6. -种新型高电流密度快恢复二极管结构的制作方法，其特征在于包括步骤如下： (1) 在N型芯片正面，通过干法刻蚀的方法挖多个沟槽； (2) 将掺硼多晶硅淀积回填在步骤（1)的多个沟槽后，高温推结形成器件阳极区，即有 源区； (3) 在步骤（1)的N型芯片的边缘设置场环终端结构，该场环终端结构包括多个场环 和截止环，截止环中套有多个场环，且多个场环间有一定间距，截止环最靠近N型衬底的边 缘； (4) 在步骤（3)的场环终端结构上，通过等离子增强化学气相淀积PECVD制作钝化层。
7. 根据权利要求6所述的一种新型高电流密度快恢复二极管结构的制作方法，其特征 在于：所述步骤（1)的挖沟槽深度为2~20ym、宽度为2~10ym、多个沟槽之间的间距为 小于两倍耗尽区宽度，耗尽区为向该二极管加反向偏压时，在PN结出空间电荷被耗尽，产 生耗尽区，由于N型衬底掺杂浓度较低，耗尽主要在N型衬底展开。
【专利摘要】本发明公开了一种新型高电流密度快恢复二极管结构及其制作方法，可用于大电流、快恢复二极管的生产，属于功率半导体器件领域。其技术特点：采用挖槽技术，在芯片正面有源区处挖槽，槽间距依器件性能参数做相应调整，然后用掺硼多晶硅淀积，推结形成器件带槽阳极区；对单晶片背面采用真空蒸铂后退火方法，引入符合中心获得较好的快恢复特性；终端区域与常规器件一致，采用场环结构。和现有技术相比，采用本发明在单位芯片面积内可显著提高器件电流密度，增加器件电流容量；相同电流指标器件，可有效减小器件有源区面积，提高圆片利用率，增加经济效益；重掺杂的多晶硅可与N型芯片形成欧姆接触，提高器件可靠性。
【IPC分类】H01L29-861, H01L21-329, H01L29-06
【公开号】CN104795450
【申请号】CN201510121901
【发明人】姚全斌, 赵元富, 吴立成, 王传敏, 殷丽, 王成杰, 赵昕, 张文敏, 冯幼明
【申请人】北京时代民芯科技有限公司, 北京微电子技术研究所
【公开日】2015年7月22日
【申请日】2015年3月19日