一种功率二极管及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于半导体器件技术领域，涉及一种功率二极管，本发明还涉及该功率二极管的制备方法。
【背景技术】
[0002]电力电子器件是一种能够实现电能高效率应用和精确控制的电力半导体器件，是电力电子技术的基础。日益严重的能源和环境问题使得人们对电能的变换效率、品质愈来愈关注，也引导了功率器件沿着高效率、高频率、高耐压、高功率、集成化、智能化等方向迅速发展。在许多工作条件下，这些器件需要一个与之反并联的二极管以提供续流通道，减少电容的充放电时间，同时抑制因负载电流瞬时反向而感应的高电压。其中续流二极管的反向特性对施加于有源元件的尖峰电压及电路的效率产生很大影响，要求具有良好的快速和软恢复特性。
[0003]二极管和一般开关的不同在于，“开”与“关”由所加电压的极性决定。传统的功率二极管虽然具有较低的正向压降、较好的阻断能力、造价低廉、制作简单，然而它的反向恢复性能较差。为减少开态时的贮存电荷量获得较快的开关速度，常利用金和铂的扩散以及通过高能电子辐照等引入复合中心的方法减少少子寿命，这样又会造成二极管的硬恢复特性差及漏电流较大，同时也不易于集成。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是提供一种功率二极管，解决了现有二极管存在的反向恢复性能差的问题。
[0005]本发明的另一目的是提供上述功率二极管的制备方法。
[0006]本发明所采用的第一种技术方案是:一种功率二极管，包括从下到上依次设置的阴极N+区、耐压层和阳极P+区，阴极N+区包括横向设置的两个N+区，N+区中间设置有N区。
[0007]本发明第一种技术方案的特点还在于:
[0008]阳极P+区的掺杂剂为B离子和Ge离子，Ge离子的浓度为0.5 X 10 22cm 2?
I X 122Cm 2，N+区和N区的掺杂剂为P离子。
[0009]阴极N+区和阳极P +区均采用欧姆接触形成电极。
[0010]耐压层厚度为1um?13um，宽度为6um?12um。
[0011]N+区厚度为3um?5um，宽度为2um?4um。
[0012]N区厚度为0.8um?1.2um，宽度为5um?7um。
[0013]本发明所采用的第二种技术方案是:功率二极管的制备方法，该功率二极管包括从下到上依次设置的阴极N+区、耐压层和阳极P +区，阴极N +区包括横向设置的两个N +区，N+区中间设置有N区；
[0014]阳极P+区的掺杂剂为B离子和Ge离子，Ge离子的浓度为0.5 X 10 22cm 2?IXlO22Cm2;
[0015]N+区和N区的掺杂剂为P离子；
[0016]阴极N+区和阳极P+区均采用欧姆接触形成电极；
[0017]耐压层厚度为1um?13um，宽度为6um?12um ；
[0018]N+区厚度为3um?5um，宽度为2um?4um ；
[0019]N区厚度为0.8um?1.2um，宽度为5um?7um ；
[0020]具体按照以下步骤实施:
[0021]步骤1:制备衬底；
[0022]步骤2:在步骤I的衬底上生长一层二氧化硅，在二氧化硅上涂一层光刻胶构成掩蔽层；
[0023]步骤3:对步骤2的掩蔽层进行刻蚀，使衬底两侧需要注入P离子的N+区裸露出来；
[0024]步骤4:对步骤3裸露出来的衬底进行P离子注入，注入剂量为1.2X 117Cm 2；
[0025]步骤5:刻蚀掩蔽层剩余的二氧化硅和光刻胶；
[0026]步骤6:使用氮气，在900?IlOOcC下退火4?6分钟；
[0027]步骤7:外延本征硅；
[0028]步骤8:在步骤7的本征娃表面生长一层厚度为2?4um 二氧化娃，在二氧化娃上涂一层光刻胶构成掩蔽层；
[0029]步骤9:对步骤8的掩蔽层进行刻蚀，使两个N+区之间需要注入P离子的N区裸露出来；
[0030]步骤10:对步骤9裸露出来本征硅进行P离子注入，注入剂量为1.2X 113Cm 2；
[0031]步骤11:刻蚀掉掩蔽层剩余的二氧化硅和光刻胶；
[0032]步骤12:重复步骤2?5 ;
[0033]步骤13:使用氮气，在1000?1200°C下退火45?55分钟，完成N+区和N区的制备;
[0034]步骤14:沿径向进行反转，反转之后首先进行B离子注入，注入剂量为I X 116Cm 2,然后进行Ge离子注入，注入剂量为0.5 X 119Cm 2?I X 10 19cm 2；
[0035]步骤15:使用氮气，在800?1000°C下退火I?3分钟，完成阳极P+区的制备；
[0036]步骤16:双面蒸铝形成阴极和阳极欧姆接触，并作二氧化硅钝化保护，最终形成功率二极管。
[0037]本发明第二种技术方案的特点还在于:
[0038]步骤I中制备衬底使用沿〈111〉方向生长的硅单晶制作厚度为13.0?13.1的衬底。
[0039]步骤7中外延本征娃的具体方法为:在1100?1300°C高温下使用氢气作为还原剂，夕卜延时间为9?llmin，形成厚度为0.9?1.1um的本征娃区。
[0040]本发明的有益效果是:一种功率二极管，将P+区的Si材料用SiGe材料代替，且阴极设置为N+/N/N+结构，大大降低了反向恢复峰值电流，有效缩短了二极管的反向恢复时间，能够同时获得更低的通态压降和更快的开关速度。且利用穿通设计减小漂移区厚度，不仅有利于降低通态压降，而且有利于降低存储电荷和由此引起的反向恢复功耗；该功率二极管的制备方法采用外延和多次离子注入相结合来保证形成较好的N+区和N区，极大的节约了能源并提升电能利用率。
【附图说明】
[0041]图1是本发明一种功率二极管的结构示意图；
[0042]图2是本发明制备功率二极管的流程图；
[0043]图3是不同二极管的反向恢复特性对比曲线；
[0044]图4是本发明一种功率二极管中Ge含量对二极管反向恢复特性的影响；
[0045]图5是本发明一种功率二极管中Ge含量对二极管反向阻断特性的影响；
[0046]图6是本发明一种功率二极管中Ge含量对二极管正向导通特性的影响。
[0047]图中，1.阴极N+区，2.耐压层，3.阳极P+区，4.N+区，5.N区。
【具体实施方式】
[0048]下面结合附图和【具体实施方式】对本发明进行详细说明。
[0049]本发明一种功率二极管的结构如图1所示，包括从下到上依次设置的阴极N+区1、耐压层2和阳极P+区3，阴极N +区I包括横向设置的两个N +区4，N +区4中间设置有N区5，阳极P+区3的掺杂剂为B离子和Ge离子，Ge离子的浓度为0.5X 10 22cm 2?I X 10 22cm 2，N+区4和N区5的掺杂剂为P离子，耐压层2厚度为1um?13um，宽度为6um?12um，N+区4厚度为3um?5um，宽度为2um?4um，N区5厚度为0.8um?1.2um，宽度为5um?7um，阴极N+区I和阳极P +区3均采用欧姆接触形成电极。
[0050]功率二极管的制备方法，包括从下到上依次设置的阴极N+区1、耐压层2和阳极P+区3，阴极N +区I包括横向设置的两个N +区4，N +区4中间设置有N区5，阳极P +区3的掺杂剂为B离子和Ge离子，Ge离子的含量为10%?20%，N+区4和N区5的掺杂剂为P离子，耐压层2厚度为1um?13um，宽度为6um?12um，N+区4厚度为3um?5um，宽度为2um?4um，N区5厚度为0.8um?1.2um，宽度为5um?7um，阴极N+区I和阳极P +区3均采用欧姆接触形成电极；
[0051]具体按照以下步骤实施，如图2所示:
[0052]步骤1:制备衬底；
[0053]制备衬底使用沿〈111〉方向生长的硅单晶制作厚度为13.0?13.1um的衬底；
[0054]步骤2:在步骤I的衬底上生长一层二氧化硅，在二氧化硅上涂一层光刻胶构成掩蔽层；
[0055]步骤3:对步骤2的掩蔽层进行刻蚀，使衬底两侧需要注入P离子的N+区4裸露出来；
[0056]步骤4:对步骤3裸露出来的衬底进行P离子注入，注入剂量为1.2X 117Cm 2；
[0057]步骤5:刻蚀掩蔽层剩余的二氧化硅和光刻胶；
[0058]步骤6:使用氮气，在900?IlOOcC下退火4?6分钟；
[0059]步骤7:外延本征硅；
[0060]外延本征硅的具体方法为:在1100?1300°C高温下使用氢气作为还原剂，外延时间为9?llmin，形成厚度为0.9?1.1um的本征娃区；
[0061]步骤8:在步骤7的本征娃表面生长一层厚度为2?4um 二氧化娃，在二氧化娃上涂一层光刻胶构成掩蔽层；
[0062]步骤9:对步骤8的掩蔽层进行刻蚀，使两个N+区4之间需要注入P离子的N区5裸露出来；
[0063]步骤10:对步骤9裸露出来本征硅进行P离子注入，注入剂量为1.2X 113Cm 2；
[0064]步骤11:刻蚀掉掩蔽层剩余的二氧化硅和光刻胶；
[0065]步骤12:重复步骤2?5 ;
[0066]步骤13:使用氮气，在1000?1200°C下退火45?55分钟，完成N+区4和N区5的制备；
[0067]步骤14:沿径向进行反转，反转之后首先进行B离子注入，注入剂量为I X 116Cm 2,然后进行Ge离子注入，注入剂量为0.5 X 119Cm 2?I X 10 19cm 2；
[0068]步骤15:使用氮气，在800?1000°C下退火I?3分钟，完成阳极P+区3的制备；
[0069]步骤16:双面蒸铝形成阴极和阳极欧姆接触，并作二氧化硅钝化保护，最终形成功率二极管。
[0070]实施例1
[0071]功率二极管的制备方法，该功率二极管包括从下到上依次设置的阴极N+区1、耐压层2和阳极P+区3，阴极N +区I包括横向设置的两个N +区4，N +区4中间设置有N区5，阳极P+区3的掺杂剂为B离子和Ge离子，Ge离子的含量为10%?20%，N +区4和N区5的掺杂剂为P离子，耐压层2厚度为10um，宽度为6um，N+区4厚度为3um，宽度为2um，N区5厚度为0.Sum,宽度为5um，阴极N+区I和阳极P +区3均采用欧姆接触形成电极；
[0072]具体按照以下步骤实施，如图2所示:
[0073]步骤1:制备衬底；
[0074]制备衬底使用沿〈111〉方向生长的硅单晶制作厚度为13.0um的衬底；
[0075]步骤2:在步骤I的衬底上生长一层二氧化硅，在二氧化硅上涂一层光刻胶构成掩蔽层；
[0076]步骤3:对步骤2的掩蔽层进行刻蚀，使衬底两侧需要注入P离子的N+区4裸露出来；
[0077]步骤4:对步骤3裸露出来的衬底进行P离子注入，注入剂量为1.2X 117Cm 2;
[0078]步骤5:刻蚀掩蔽层剩余的二氧化硅和光刻胶；
[0079]步骤6:使用氮气，在900°C下退火4分钟；
[0080]步骤7:外延本征娃；
[0081]外延本征硅的具体方法为:在IlOOcC高温下使用氢气作为还原剂，外延时间为9min，形成厚度为0.9um的本征娃区；
[0082]步骤8:在步骤7的本征娃表面生长一层厚度为2um 二氧化娃，在二氧化娃上涂一层光刻胶构成掩蔽层；
[0083]步骤9:对步骤8的掩蔽层进行刻蚀，使两个N+区4之间需要注入P离子的N区5裸露出来；
[0084]步骤10:对步骤9裸露出来本征硅进行P离子注入，注入剂量为1.2X 113Cm 2;
[0085]步骤11:刻蚀掉掩蔽层剩余的二氧化硅和光刻胶；
[0086]步骤12:重复步骤2?5 ;
[0087]步骤13:使用氮气，在1000°C下退火45分钟，完成N+区4和N区5的制备；
[0088]步骤14:沿径向进行反转，反转之后首先进行