一种快恢复二极管的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种电力半导体器件，具体涉及一种快恢复二极管，包括衬底和P区，所述P区在衬底上形成，共同构成PN结，所述P区包括由上到下依次设置的磷离子补偿注入层和硼离子注入层；所述磷离子补偿注入层能够实现P区表面浓度降低，所述快恢复二极管正向导通时注入空穴数量减少；在采用少子寿命控制时可不需要生成过多的复合中心，由此会带来一系列参数的优化。本实用新型提供的快恢复二极管，通过对P区进行磷补偿注入的方式实现P区表面浓度降低，从而实现正向导通时注入空穴数量的减少。
【专利说明】一种快恢复二极管
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种电力半导体器件，具体涉及一种快恢复二极管。
【背景技术】
[0002]PIN 二极管传导正向电流时，一般将从阳极(P区)和阴极(N+区)向漂移区(I区)注入大量的载流子，从阳极注入的空穴载流子在漂移区以少子的形式储存电荷。少子注入使漂移区产生电导调制效应，从而降低正向通态压降，这既是PIN 二极管也是双极型器件的最大优势。当正在导通的二极管突然外加反向电压时，由于导通时在漂移区内储存了大量的少数载流子，器件并不会即刻关断。只有将这些少数载流子完全抽出或是中和掉，器件才会真正关断(即器件恢复反向阻断能力)，这一过程称为反向恢复过程，所需时间即反向恢复时间(Trr)，反向恢复时间正比于阳极掺杂总量。
[0003]在高频应用中使用快恢复二极管可以降低电路损耗。目前绝大多数快恢复二极管均通过少子寿命控制技术形成复合中心来实现快速关断，一般控制少子寿命的方式有电子辐照和重金属。但使用这两种控制方式分别存在以下问题:
[0004]1.电子辐照会导致器件漏电流偏大，由于是全局辐照，因此在快速di/dt开关时会产生电磁干扰(EMI);器件在使用1-2年后，电子辐照缺陷会逐渐恢复，恢复速度变慢，器件特性退化，给电路带来失效隐患；
[0005]2.重金属常用Au和Pt, Au由于漏电流偏大只用于600V以下低压器件中；Pt是低压器件中很好的选择，但由于Pt存在P型掺杂效应，因此，对于1700V以上需要高阻材料的器件，Trr参数很难控制，甚至会导致器件反型。
[0006]3.为了得到满足恢复速度要求的快恢复二极管，往往通过增加复合中心的数量来实现，即提高电子辐照剂量或金属掺杂温度，但此时会带来反向漏电，正向通态压降Vf的升高以及雪崩耐量的降低。同时由于空穴参与电导调制，降低了二极管的压降，但此时压降为负温度系数，产品不易并联，不利于大电流电路的应用。
实用新型内容
[0007]针对现有技术的不足，本实用新型的目的是提供一种快恢复二极管，本实用新型从结构上保证PN结两侧浓度的情况下降低P区注入N-区(即I区)空穴数量，这样就可以通过较少的复合中心来达到足够的速度，在保证器件工作特性的基础上，降低器件对寿命控制技术的依赖程度；同时，参与电导调制空穴数量的减少，使压降的温度系数趋于零，更易于并联。
[0008]本实用新型的目的是采用下述技术方案实现的:
[0009]本实用新型提供一种快恢复二极管，所述快恢复二极管包括衬底和P区，所述P区在衬底上形成，共同构成PN结，其改进之处在于，所述P区包括由上到下依次设置的磷离子补偿注入层和硼离子注入层。
[0010]进一步地，通过光刻和刻蚀所述氧化层形成有源区窗口，在所述有源区窗口上进行推结形成P+区和P区，所述P+区和P区分别如下:
[0011]所述P+区是在有源区窗口生长氧化层作为掩蔽层，在掩蔽层注入硼离子形成硼离子注入层后且在氮气气氛推结下形成的，其厚度为1-1Oum ；
[0012]所述P区是在同一有源区窗口或小于有源区窗口的区域注入磷离子形成磷离子补偿注入层后在氮气气氛下推结到形成的，其厚度为5-25um。
[0013]与现有技术比，本实用新型的有益效果是:
[0014]1.本实用新型提供的快恢复二极管结构，通过P区的磷补偿注入层降低快恢复二极管复合中心引入量，降低漏电，提高器件雪崩耐量；
[0015]2.本实用新型提供的快恢复二极管结构，降低P区空穴注入量，可使二极管器件压降温度系数接近零，易于并联；
[0016]3.通过对P区进行磷补偿注入的方式实现P区表面浓度降低，从而实现正向导通时注入空穴数量的减少，可以减小复合中心引入量。少子寿命控制在选用钼Pt扩散时可以降低钼Pt的扩散温度，从而可以在更高电压等级的器件上实现钼掺杂。
【专利附图】
【附图说明】
[0017]图1是本实用新型提供的衬底生长氧化层示意图；
[0018]图2是本实用新型提供的经过光刻刻蚀形成有源区窗口的结构图；
[0019]图3是本实用新型提供的经过注入推结后形成PN结的器件结构图；
[0020]图4是本实用新型提供的有源区经过磷注入补偿后的器件结构图；
[0021]图5是本实用新型提供的未经过有源区磷补偿的器件纵向掺杂浓度分布图；
[0022]图6是本实用新型提供的经过有源区磷补偿的器件纵向掺杂浓度分布图；其中:1表不衬底N+层；2表不衬底N-层；3表不氧化层；4表不p+区；5表不P区。
【具体实施方式】
[0023]下面结合附图对本实用新型的【具体实施方式】作进一步的详细说明。
[0024]本实用新型针对现有技术存在的技术问题，提供一种快恢复二极管，本实用新型从结构上保证PN结两侧浓度的情况下降低P区注入N-区(即I区)空穴数量，这样就可以通过较少的复合中心来达到足够的速度，在保证器件工作特性的基础上，降低器件对寿命控制技术的依赖程度。同时，参与电导调制空穴数量的减少，使压降的温度系数趋于零，更易于并联。
[0025]快恢复二极管包括衬底和P区，所述P区在衬底上形成，共同构成PN结，所述P区包括由上到下依次设置的磷离子补偿注入层和硼离子注入层；所述磷离子补偿注入层能够实现P区表面浓度降低，所述快恢复二极管正向导通时注入空穴数量减少；
[0026]衬底为均匀掺杂的N型硅衬底，包括从上到下依次分布的衬底N-层2以及衬底N+层I ;在所述衬底N-层2上生长有氧化层3，其示意图如图1所示。
[0027]通过光刻和刻蚀氧化层形成有源区窗口，有源区P区的推结形成过程分为两步，第一步进行硼注入，推结1-1Oum的P+区；第二步进行磷补偿注入，磷注入条件要求推结后只降低靠近硅表面处P区浓度但不足以使其反型。通过有源区补偿注入形成表面浓度低的P区，这样在保证PN结两侧浓度的情况下降低了正向导通时P区空穴注入量，在采用少子寿命控制时可不需要生成过多的复合中心，由此会带来一系列参数的优化。
[0028]本实用新型还一种快恢复二极管的制造方法，包括下述步骤:
[0029]A、初始氧化:对均匀掺杂的N型硅衬底进行清洗后，通过H2和O2的气氛，在900°C -1100°C的温度范围内，1-10小时的氧化时间，在所述衬底硅片表面生长厚度8000-20000埃的氧化层；
[0030]B、形成有源区:通过涂胶，曝光，显影，刻蚀，去胶，形成有源区窗口 ；本发明提供的经过光刻刻蚀形成有源区窗口的结构图如图2所示。
[0031]C、形成PN结:在有源区窗口上生长300-500埃氧化层作为掩蔽层，后续进行剂量为lel3cm_2?lel5cm_2的硼离子注入，形成硼离子注入层，并在1200°C氮气气氛下推结下形成1-1Oum的P+区4 ;经过注入推结后形成PN结的器件结构图如图3所示。
[0032]D、形成PN结:在上述同一有源区窗口或小于有源区窗口注入剂量为lel3cm_2?lel5cm-2的磷离子，形成磷离子补偿注入层，并在1200°C氮气气氛下推结到结深5_25um，形成P区5 ;有源区经过磷注入补偿后的器件结构图、未经过有源区磷补偿的器件纵向掺杂浓度分布图和经过有源区磷补偿的器件纵向掺杂浓度分布图分别如图4、图5和图6所示。
[0033]E、进行电子辐照，重金属高温推结或H/He注入进行少子寿命控制；少子寿命控制针对不同的方式有不同的位置。比如电子辐照，属于全局寿命控制，但H/He注入，是局部寿命控制，具体位置取决于注入能量。
[0034]F、在有源区表面补注入浓硼，能量20_50Kev，剂量1E13?1E15，通过900°C I小时退火进行激活；
[0035]G、生成金属电极:在P区表面采用蒸发或者溅射金属铝，通过光刻，刻蚀，去胶和合金，形成表面金属电极；
[0036]F、表面钝化:通过SIN，S102, PI等薄膜形成表面钝化，通过光刻，刻蚀形成PAD区域(PAD区域指的是钝化区域)。
[0037]本实用新型提供的快恢复二极管及其制造方法，通过对P区进行磷补偿注入的方式实现P区表面浓度降低，从而实现正向导通时注入空穴数量的减少。
[0038]最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本实用新型进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解:依然可以对本实用新型的【具体实施方式】进行修改或者等同替换，而未脱离本实用新型精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。
【权利要求】
1.一种快恢复二极管，所述快恢复二极管包括衬底和P区，所述P区在衬底上形成，共同构成PN结，其特征在于，所述P区包括由上到下依次设置的磷离子补偿注入层和硼离子注入层。
2.如权利要求1所述的快恢复二极管，其特征在于，通过光刻和刻蚀氧化层形成有源区窗口，在所述有源区窗口上进行推结形成P+区和P区，所述P+区和P区分别如下: 所述P+区的厚度为1-1Oum; 所述P区的厚度为5-25um。
【文档编号】H01L29/861GK203589041SQ201320677202
【公开日】2014年5月7日 申请日期:2013年10月30日 优先权日:2013年10月30日
【发明者】吴迪, 刘钺杨, 何延强, 刘隽, 凌平, 包海龙, 张宇 申请人:国家电网公司, 国网智能电网研究院, 国网上海市电力公司