一种积累型二极管的制作方法
【专利摘要】本发明属于功率半导体器件技术领域，具体涉及到一种积累型二极管。本发明的积累型二极管，其特征在于，通过在二氧化硅层中注入Cs+离子，使二氧化硅层带正电荷。利用二氧化硅层中的正电荷在N?漂移区中形成积累层，可以在不影响反向击穿电压情况下，具有较大的正向电流、较小的导通压降、较小的反向漏电流等特性，且器件在高温下的可靠性更好。
【专利说明】
一种积累型二极管
技术领域
[0001]本发明属于功率半导体器件技术领域，具体涉及到一种积累型二极管。
【背景技术】
[0002]二极管是最常用的电子元件之一，传统的整流二极管主要是肖特基整流器和PN结整流器。其中，PN结二极管能够承受较高的反向阻断电压，稳定性较好，但是其正向导通压降较大，反向恢复时间较长。肖特基二极管是利用金属与半导体接触形成的金属-半导体结原理制作的，通态压降较低。由于是单极载流子导电，肖特基二极管在正向导通时没有过剩的少数载流子积累，反向恢复较快。但是肖特基二极管的反向击穿电压较低，反向漏电流较大，温度特性较差。
[0003]槽栅MOS势皇肖特基二极管TMBS(TMBS:TrenchMOS Barrier Shcotty D1de)最初于1993年由B.J.Baliga首先提出，该器件虽然改善了平面肖特基二极管的反向漏电和击穿电压两方面的问题，但肖特基结的高温可靠性不理想仍然是存在的一个问题。本发明提出的结构可以在获得良好电学特性的同时，拥有更好的高温可靠性。
【发明内容】
[0004]本发明的目的，就是为了获得更低的导通压降和更高的可靠性，提出一种通过积累层和P型埋层共同控制导电沟道的积累型二极管。
[0005]本发明所采用的技术方案:一种积累型二极管，包括从下至上依次层叠设置的金属化阴极1、N+衬底2、N-漂移区3和金属化阳极9;所述N-漂移区3上层具有N型重掺杂区6和P型重掺杂区7，所述P型重掺杂区7位于N型重掺杂区6之间，所述N型重掺杂区6和P型重掺杂区7的上表面与金属化阳极9连接;所述N-漂移区3中还具有二氧化硅层4、P型埋层区5和P型柱区8，所述二氧化硅层4位于N型重掺杂区6远离P型重掺杂区7的一侧，且二氧化硅层4分别与N型重掺杂区6和金属化阳极9接触;所述P型埋层区5位于二氧化硅层4之间且位于P型重掺杂区7的正下方;所述P型柱区8的上表面与P型重掺杂区7的下表面连接，P型柱区8的下表面与P型埋层区5的上表面接触;所述二氧化硅层4带正电荷。
[0006]进一步的，所述二氧化娃层4中具有Cs+离子。
[0007]本发明的有益效果为，本发明所提供通过的一种积累层和P型埋层共同控制导电沟道的积累型二极管，正向开启时由电子积累层导电，可在同样的电流密度下实现更低的正向压降;通过PN结耐压，器件在高温下的可靠性更好。本发明属于多数载流子器件，反向恢复时间短。
【附图说明】
[0008]图1是本发明提供的一种积累型二极管的剖面结构示意图；
[0009]图2是本发明提供的一种积累型二极管的三维结构示意图；
[0010]图3是本发明提供的一种积累型二极管的俯视结构示意图；
[0011]图4是本发明提供的一种积累型二极管在外加零电压时，耗尽线示意图；
[0012]图5是本发明提供的一种积累型二极管外加电压到达开启电压时，耗尽线以及电流路径不意图；
[0013]图6是本发明提供的一种积累型二极管外加反向电压时，耗尽线示意图；
[0014]图7至图12是本发明提供的一种积累型二极管的制造工艺流程示意图。
【具体实施方式】
[0015]下面结合附图，详细描述本发明的技术方案:
[0016]如图1所示，本发明的一种积累型二极管，包括从下至上依次层叠设置的金属化阴极1、N+衬底2、N-漂移区3和金属化阳极9;所述N-漂移区3上层具有N型重掺杂区6和P型重掺杂区7，所述P型重掺杂区7位于N型重掺杂区6之间，所述N型重掺杂区6和P型重掺杂区7的上表面与金属化阳极9连接;所述N-漂移区3中还具有二氧化硅层4、P型埋层区5和P型柱区8，所述二氧化硅层4位于N型重掺杂区6远离P型重掺杂区7的一侧，且二氧化硅层4分别与N型重掺杂区6和金属化阳极9接触;所述P型埋层区5位于二氧化硅层4之间且位于P型重掺杂区7的正下方;所述P型柱区8的上表面与P型重掺杂区7的下表面连接，P型柱区8的下表面与P型埋层区5的上表面接触;所述二氧化硅层4带正电荷。
[0017]本发明的工作原理为:
[0018](I)器件的正向导通
[0019]本发明所提供的积累型二极管，其正向导通时的电极连接方式为:金属化阳极9接高电位，金属化阴极I接低电位。
[0020]当金属化阳极9为零电压或所加正电压非常小时，由于P型埋层5的掺杂浓度远大于N-漂移区3的掺杂浓度，P型埋层5和N-漂移区3所构成的PN结的内建电势会使得P型埋层5和二氧化硅层4之间的N-漂移区3耗尽，电子通道被阻断，如图4所示，此时二极管仍处于关闭状态。
[0021]随着金属化阳极9所加正电压的增加，P型埋层区5、N型重掺杂区6、P型重掺杂区7同时也被加上正电压，P型埋层5和N-漂移区3所构成的PN结的内建势皇区逐渐缩小。当金属化阳极9所加正电压等于或大于开启电压之后，由于二氧化硅层4中存在着正电荷，在侧面处的N-漂移区3内感应出负电荷，产生多子电子的积累层，这为多子电流的流动提供了一条低阻通路，如图5所示，此时二极管导通。
[0022](2)器件的反向阻断
[0023]本发明所提供的积累型二极管，其反向阻断时的电极连接方式为:金属化阴极I接高电位，金属化阳极9接低电位。
[0024]由于零偏压时P型埋层5和二氧化硅层4之间的N-漂移区3已经被完全耗尽，多子电子的导电通路被夹断，继续增大反向电压时，耗尽层边界将向靠近金属化阴极I 一侧的N-漂移区3扩展以承受反向电压，如图6所示。由于反向电压由PN结的耗尽区承担，因此器件的反向泄漏电流远小于肖特基二极管的反向漏电流，且高温下的可靠性更好。
[0025]本发明提供的一种积累层和P型埋层共同控制导电沟道的积累型二极管，其具体实现方法如下:
[0026]1、采用N型重掺杂单晶硅衬底2，晶向为〈100〉。采用气相外延VPE等方法生长一定厚度和掺杂浓度的N-漂移区3，如图7。
[0027]2、利用光刻板进行离子注入，形成P型埋层5，继续外延N-漂移区，如图8。
[0028]3、利用光刻板进行P型区硼注入，形成P型柱区8，如图9。
[0029]4、淀积硬掩膜(如氮化硅)，利用光刻板刻蚀硬掩膜，进行深槽刻蚀，如图10。
[0030]5、生长氧化层，形成二氧化硅层区4，并进行Cs+离子注入，使二氧化硅层4带正电荷，如图1lo
[0031]6、P型重掺杂区硼注入，形成P+重掺杂区7，N型重掺杂区砷注入，形成N+重掺杂区
6ο正面金属化，金属刻蚀，背面金属化，钝化等等，如图12。
[0032]制作器件时，还可用碳化硅、砷化镓或锗硅等半导体材料替代体硅。
[0033]采用本发明的一种积累层和P型埋层共同控制导电沟道的积累型二极管，可以在不影响反向击穿电压情况下，具有较大的正向电流、较小的导通压降、较小的反向漏电流以及更短的反向恢复时间，且器件在高温下的可靠性更好。
【主权项】
1.一种积累型二极管，包括从下至上依次层叠设置的金属化阴极(1)、N+衬底(2)、N-漂移区(3)和金属化阳极(9);所述N-漂移区(3)上层具有N型重掺杂区(6)和P型重掺杂区(7)，所述P型重掺杂区(7)位于N型重掺杂区(6)之间，所述N型重掺杂区(6)和P型重掺杂区(7)的上表面与金属化阳极(9)连接;所述N-漂移区(3)中还具有二氧化硅层(4)、P型埋层区(5)和P型柱区(8)，所述二氧化硅层(4)位于N型重掺杂区(6)远离P型重掺杂区(7)的一侧，且二氧化硅层(4)分别与N型重掺杂区(6)和金属化阳极(9)接触;所述P型埋层区(5)位于二氧化硅层(4)之间且位于P型重掺杂区(7)的正下方;所述P型柱区(8)的上表面与P型重掺杂区(7)的下表面连接，P型柱区(8)的下表面与P型埋层区(5)的上表面接触;所述二氧化硅层(4)带正电荷。2.根据权利要求1所述的一种积累型二极管，其特征在于，所述二氧化硅层(4)中具有Cs+离子。
【文档编号】H01L29/861GK105932072SQ201610532273
【公开日】2016年9月7日
【申请日】2016年7月6日
【发明人】李泽宏, 曹晓峰, 陈哲, 李爽, 陈文梅, 林育赐, 谢驰, 任敏
【申请人】电子科技大学