一种快恢复二极管的制作方法

本实用新型涉及半导体技术领域，具体而言，涉及一种快恢复二极管。

背景技术：

随着技术的进步、社会的发展，电力的消耗越来越大，为实现绿色可持续发展，对电力电子器件的需求越来越大；其中，功率半导体器件是电力电子领域的主流器件，是弱电控制强电的关键器件。功率半导体器件广泛应用于各种功率控制电路、驱动电路等电路中，在各种变频电机、光伏逆变及智能电网、新能源汽车、电力机车牵引驱动等领域有着不可替代的作用。

功率半导体器件主要包括：gto(晶闸管)、igbt(绝缘栅双极型晶体管)、功率mosfet(金属氧化物半导体场效应晶体管)、frd(快恢复二极管)等等。

传统的frd(快恢复二极管)的元胞区一般只有一个主结，如图1所示，没有重复的元胞单元，因此快恢复二极管器件也会受限于仅有的一个主结(mainjunction)，一个主结只能侧重于器件的一种特性，使得快恢复二极管器件的性能不能得到很好的提升。

技术实现要素：

为解决现有技术中快恢复二极管器件性能较差的技术问题，本实用新型的主要目的在于，提供一种能够有效提升性能的快恢复二极管。

本实用新型实施例提供了一种快恢复二极管，包括：

晶圆；

设置于所述晶圆上的元胞区，所述元胞区包括第一离子部和第二离子部，所述第一离子部沿预设方向间隔分布，相邻两个所述第一离子部之间设置有所述第二离子部。

进一步地，在本实用新型一个较佳的实施例中，所述晶圆包括：衬底层及在所述衬底层表面形成的外延层，所述外延层远离所述衬底层的一侧形成有所述元胞区，且所述元胞区沿所述外延层到所述衬底层的方向延伸。

进一步地，在本实用新型一个较佳的实施例中，相邻两个所述第一离子部之间的所述外延层表面设置有弧形槽，所述弧形槽内设置有所述第二离子部。

进一步地，在本实用新型一个较佳的实施例中，所述第一离子部延伸的距离大于所述第二离子部延伸距离。

进一步地，在本实用新型一个较佳的实施例中，所述第一离子部包括重掺杂p型离子，所述第二离子部包括轻掺杂p型离子。

进一步地，在本实用新型一个较佳的实施例中，所述外延层包括依次设置于所述衬底层表面的第一外延层及第二外延层，所述元胞区制作于所述第二外延层上。

本实用新型实施例提供的一种快恢复二极管，在元胞区设置有第一离子部及第二离子部，其中，第一离子部与第二离子部可以为浓度不同的掺杂离子类型，形成第一离子部与第二离子部相间分布的主结区域，由此可兼顾第一离子部离子浓度下快恢复二极管的优势、第二离子部浓度下快恢复二极管的优势，有效改善快恢复二极管的性能。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1是现有技术中的快恢复二极管的结构示意图；

图2是本实用新型一实施例提供的快恢复二极管的结构示意图。

附图标记：

1、晶圆，11、衬底层，12、第一外延层，13、第二外延层，2、终端区，3、元胞区，31、第一离子部，32、第二离子部，4、氧化层，5、金属层。

具体实施方式

为了更清楚地说明本申请实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

如图1所示，现有技术中功率半导体器件，一般由终端区2(terminal)和元胞区3(cell)组成，终端区2主要是为了改善边缘电场，提高器件横向耐压的。而frd(快恢复二极管)中，元胞区3一般仅仅只是一个主结，没有重复的元胞单元。

经研究发现，现有技术中的快恢复二极管器件受限于仅有的一个主结(mainjunction)，若为实现较低的vf(导通压降)，就必须采用重掺杂，深结深的p型结；若为实现较好的开关特性，就必须采用轻掺杂，浅结深的p型结；而这两种实现方式本身是矛盾的，现有技术中为了平衡器件性能，往往采取性能折中考虑的方式，而不会同时将两个参数性能做好。

如图2所示，本实用新型实施例提供的一种快恢复二极管，包括：晶圆1；设置于晶圆1上的元胞区3，元胞区3包括第一离子部31和第二离子部32，第一离子部31沿预设方向间隔分布，相邻两个第一离子部31之间设置有第二离子部32。本实用新型实施例提供的一种快恢复二极管，在元胞区3设置有第一离子部31及第二离子部32，其中，第一离子部31与第二离子部32可以为浓度不同的掺杂离子类型，形成第一离子部31与第二离子部32相间分布的主结区域(元胞区3)，由此可兼顾第一离子部31离子浓度下快恢复二极管的优势、第二离子部32浓度下快恢复二极管的优势，有效改善快恢复二极管的性能。

其中，本实施例中预设方向为硅晶圆1的径向。

如图2所示，硅晶圆1包括：衬底层11及在衬底层11表面形成的外延层，外延层远离衬底层11的一侧形成有元胞区3，且元胞区3沿外延层到衬底层11的方向延伸。其中，衬底层11为半导体硅外延衬底层11，衬底层11的厚度和电阻率等参数根据不同的产品耐压要求而有所不同；本实施例中，外延层采取双层外延结构，即外延层包括依次设置于衬底层11表面的第一外延层12及第二外延层13；在硅晶圆(n+sub)11上，生长第一外延层(nbuffer)12结构，然后再生长第二外延层(n-epi)13结构；而后在第二外延层13上生长有氧化层4，元胞区3及终端区2均制作于第二外延层13上。

如图2可知，本实施例中，第一离子部31延伸的距离大于第二离子部32延伸距离，即在晶圆1的轴向上，第一离子部31掺杂区的厚度大于第二离子部32掺杂区的厚度。当第一离子部31包括重掺杂p型离子，第二离子部32包括轻掺杂p型离子，对应延伸距离的不同，第一离子部31形成重掺杂深p型离子、第二离子部32形成轻掺杂浅p型离子。因此本实施例中提供的快恢复二极管有着重掺杂深p型结较低的vf(导通损耗)和轻掺杂浅p型结较好的开关特性的双重优点，有效的改善了器件的性能。

其中，重掺杂、轻掺杂针对的是离子中掺杂的杂质浓度不同，重掺杂指的是掺入半导体材料中的杂质量比较多，是本领域技术人员常采用的掺杂模式。

本实施例中，相邻两个第一离子部31之间的外延层表面刻蚀有弧形槽或将外延层表面刻蚀成碗口形状的表面，弧形槽内设置有第二离子部32，第二离子部32由第二离子注入弧形槽内所形成。快恢复二极管的元胞区3域采用重掺杂深p型结和轻掺杂浅p型结相结合的元胞区3结构，并且轻掺杂浅p型结采用近似于圆弧结构的离子掺杂分布方式。

本实用新型另一实施例提供的快恢复二极管的制作方法，包括如下步骤：

s101、在晶圆1上生长第一离子部31(重掺杂p型离子部)。

s102、采用预设工艺在晶圆1进行刻蚀，以在两个相邻的第一离子部31之间形成刻蚀槽；采用预设工艺在晶圆1进行刻蚀，包括：采用硅的湿法腐蚀或者干法各向同性硅刻蚀工艺对衬底层11表面进行刻蚀。

s103、在刻蚀槽内注入第二离子(轻掺杂p型离子)，以形成第二离子部。

本实用新型其他实施例提供的快恢复二极管的制作方法，包括如下步骤：

s201、在衬底层11表面上生长第一外延层12。

s202、在第一外延层12远离衬底层11的一侧生长第二外延层13。

s203、在第二外延层13远离衬底层11的一侧生长氧化层4。

s204、对氧化层4刻蚀，并在预设区域内生长第一离子部31(重掺杂p型离子部)。

s205、采用预设工艺在晶圆1进行刻蚀，以在两个相邻的第一离子部31之间形成刻蚀槽。

s206、在刻蚀槽内注入第二离子(轻掺杂p型离子)，以形成第二离子部。

本实用新型实施例中的快恢复二极管元胞区3域结构可以匹配不同的终端结构，如场限环结构、场限环加场板结构、场板结构、结终端扩展结构(jte)、横向变掺杂结构(vld)等。本实用新型一实施例中仅就元胞结构域场限环加场板结构中的一种情况进行说明，如图2所示，本实施例中的快恢复二极管的制作方法，包括如下步骤：

s301、在衬底层11表面上生长第一外延层12。

s302、在第一外延层12远离衬底层11的一侧生长第二外延层13。

s303、在第二外延层13远离衬底层11的一侧生长氧化层4。

s304、在氧化层4上涂覆光刻胶，使用掩膜版对光刻胶进行曝光显影，进行终端区2的光刻和刻蚀，对刻蚀形成的注入窗口进行终端区2离子的注入和推阱(激活)。

s305、进行有源区光刻和刻蚀：在元胞区3对应的氧化层4上涂覆光刻胶，使用第一掩膜版对光刻胶进行曝光显影；对氧化层4刻蚀，对刻蚀形成的多个间隔分布的第一注入窗口(即为预设区域内)注入第一离子(重掺杂深p型离子)形成第一离子部31，并进行推阱(激活)；

其中，本步骤中涉及的第一掩膜版的形状可设置为与第一离子部31的分布相同的形状，即第一掩膜版设置为具有若干间隔分布的第一环形口，每个第一环形口对应一个第一注入窗口，以在刻蚀后，第一注入窗口处注入第一离子。

s306、在氧化层4上涂覆光刻胶，使用掩膜版对光刻胶进行曝光显影；刻蚀形成多个间隔分布的第二注入窗口，且每个第二注入窗口位于每两个步骤s305中相邻的两个第一注入窗口之间；

同时，采用硅的湿法腐蚀或者干法各向同性硅刻蚀工艺对晶圆1的衬底层11表面进行刻蚀，并在在两个相邻的第一离子部31之间的衬底层11表面处形成碗口形状的刻蚀槽；

其中，本步骤中涉及的第二掩膜版的形状与步骤s305中第一掩膜版的形状互补，即第二掩膜版上具有若干间隔分布的第二环形口，且每个第二环形口对应位于第一掩膜版上每两个第一环形口之间处；每个第二环形口对应一个第二注入窗口，以在刻蚀后，第二注入窗口处注入第二离子。

s307、在刻蚀槽内注入第二离子(轻掺杂浅p型离子)，形成第二离子部32；并对轻掺杂浅p型离子进行推阱(激活)。

s308、采用功率半导体器件领域常规技术手段进行截止环的光刻和刻蚀；并进行截止环离子的注入和推阱。

s309、采用功率半导体器件领域常规技术手段进行介质层沉积。

s310、采用功率半导体器件领域常规技术手段进行接触孔光刻和刻蚀。

s311、采用功率半导体器件领域常规技术手段进行金属层5沉积，并进行金属的光刻和刻蚀。

s312、采用功率半导体器件领域常规技术手段进行钝化层沉积、光刻、刻蚀；此步骤不是必须，根据产品特性进行设置。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系。仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

以上所述仅为本实用新型的优选实施方式而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。