快恢复二极管及其制备方法与流程

1.本公开涉及半导体技术领域，具体地，涉及一种快恢复二极管及其制备方法。


背景技术：

2.为了提高快恢复二极管的关断软度，目前的局域寿命控制方式多采用高能氦注入或者氢注入的方式来实现，然而氦注入或氢注入所使用的离子注入机制造困难且价格昂贵，从而使工艺门槛和价格成本大大上升。


技术实现要素：

3.本公开的目的是提供一种快恢复二极管及其制备方法，能够大大降低工艺门槛和价格成本，而且还能够形成更有效的局域寿命控制，提升快恢复二极管的关断软度性能。
4.根据本公开的第一实施例，提供一种快恢复二极管，包括：第一导电类型半导体层；第二导电类型半导体层，所述第二导电类型半导体层位于所述第一导电类型半导体层的上表面且与所述第一导电类型半导体层相接触以形成pn结，其中，所述第二导电类型半导体层包括局域寿命控制区域和用于与所述第一导电类型半导体层形成所述pn结的区域，所述局域寿命控制区域为由晶格失配材料形成的区域。
5.可选地，所述第一导电类型半导体层包括：第一导电类型衬底层；第一导电类型外延过渡层，其中，所述第一导电类型外延过渡层位于所述第一导电类型衬底层的上表面；第一导电类型外延层，其中，所述第一导电类型外延层位于所述第一导电类型外延过渡层的上表面，而且所述第一导电类型外延层的上表面与所述第二导电类型半导体层相接触。
6.可选地，所述局域寿命控制区域为沟槽结构。
7.可选地，所述沟槽结构的槽深为1μm～2μm，宽度为1μm～5μm，相邻沟槽结构之间的间距为3μm～5μm。
8.可选地，所述沟槽结构的形状为圆形、六角形、方形或长条形。
9.可选地，所述晶格失配材料为多晶硅材料或非晶硅材料。
10.可选地，所述局域寿命控制区域的深度小于所述pn结的结深。
11.可选地，所述用于与所述第一导电类型半导体层形成所述pn结的区域是通过在所述第一导电类型外延层的上表面中形成所述局域寿命控制区域之后外延形成第一导电类型第二外延层并在所述第一导电类型第二外延层中进行第二导电类型离子的注入而形成的。
12.可选地，所述第一导电类型第二外延层的电阻率与所述第一导电类型外延层的电阻率相同。
13.根据本公开的第二实施例，提供一种制备根据本公开第一实施例所述的快恢复二极管的方法，包括：形成所述第一导电类型半导体层；在所述第一导电类型半导体层的上表面上形成所述第二导电类型半导体层，所述第二导电类型半导体层与所述第一导电类型半导体层相接触以形成pn结，其中，所述第二导电类型半导体层包括局域寿命控制区域和用
于与所述第一导电类型半导体层形成所述pn结的区域，所述局域寿命控制区域为由晶格失配材料形成的区域。
14.可选地，所述局域寿命控制区域通过以下方式形成：在所述第一导电类型半导体层的上表面上形成沟槽结构；以及在所述沟槽结构中填充所述晶格失配材料，以形成所述局域寿命控制区域。
15.通过采用上述技术方案，由于第二导电类型半导体层包括局域寿命控制区域和用于与第一导电类型半导体层形成pn结的区域，而且局域寿命控制区域为由晶格失配材料形成的区域，因此其不需要像现有技术那样需要氢或氦离子注入机，从而能够大大降低工艺门槛和价格成本，此外，还能够利用晶格失配材料形成的区域来实现定点局域寿命控制区域，从而能形成更有效的局域寿命控制，提高了快恢复二极管的关断软度性能，并可以实现关断损耗与关断软度之间良好的折中。
16.本公开的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
17.附图是用来提供对本公开的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本公开，但并不构成对本公开的限制。在附图中：
18.图1是根据本公开一种实施例的快恢复二极管的剖面示意图。
19.图2是根据本公开又一实施例的快恢复二极管的示意剖面图。
20.图3是根据本公开一种实施例的快恢复二极管的制备方法的流程图。
21.图4a-4g是根据本公开一种实施例的快恢复二极管的制备方法的剖面流程示意图。
具体实施方式
22.以下结合附图对本公开的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本公开，并不用于限制本公开。
23.图1是根据本公开一种实施例的快恢复二极管的剖面示意图。如图1所示，该快恢复二极管包括第一导电类型半导体层10和第二导电类型半导体层20。第二导电类型半导体层20位于第一导电类型半导体层10的上表面且与第一导电类型半导体层10相接触以形成pn结，其中，第二导电类型半导体层20包括局域寿命控制区域20a和用于与第一导电类型半导体层10形成pn结的区域20b，局域寿命控制区域20a为由晶格失配材料形成的区域。
24.在本公开中，当第一导电类型半导体层10是n型时，第二导电类型半导体层20是p型。
25.局域寿命控制区域20a可以为沟槽结构。该沟槽结构的实现方式多种多样。其中一种实现方式可以是通过在第一导电类型半导体层10的上表面挖沟槽的形式来实现，也即：先在第一导电类型半导体层10的上表面挖沟槽，然后在沟槽中填充晶格失配材料以形成局域寿命控制区域20a。这样，在形成了局域寿命控制区域20a之后，就可以通过外延和第二导电类型离子注入的形式形成用于与第一导电类型半导体层10形成pn结的区域20b，使得局域寿命控制区域20a位于第二导电类型半导体层20的内部。另一种实现方式可以是，先在第一导电类型半导体层10的上表面通过外延和第二导电类型离子注入的形式形成用于与第
一导电类型半导体层10形成pn结的区域20b，然后在用于与第一导电类型半导体层10形成pn结的区域20b中挖沟槽以形成沟槽结构并在沟槽结构中填充晶格失配材料，从而形成局域寿命控制区域20a。
26.沟槽结构的槽深、宽度、间距等等可以根据局域寿命控制的实际需求进行设置，例如槽深可以为1μm～2μm，宽度可以为1μm～5μm，相邻沟槽结构之间的间距可以为3μm～5μm。
27.沟槽结构的形状可以为圆形、六角形、方形或长条形。但是，本领域技术人员应当理解的是，任何形状的沟槽结构都是可行的，本技术对此不作限制。
28.另外，局域寿命控制区域20a的深度可以小于pn结的结深，以便确保快恢复二极管的耐压性能。当然，在对耐压性能要求不那么高的情况下，局域寿命控制区域20a的深度也可以大于或等于pn结的结深。
29.在一个示例中，晶格失配材料可以为多晶硅材料或非晶硅材料。
30.通过采用上述技术方案，由于第二导电类型半导体层20包括局域寿命控制区域20a和用于与第一导电类型半导体层10形成pn结的区域20b，而且局域寿命控制区域20a为由晶格失配材料形成的区域，因此其不需要像现有技术那样需要氢或氦离子注入机，从而能够大大降低工艺门槛和价格成本，此外，还能够利用晶格失配材料形成的区域来实现定点局域寿命控制区域，从而能形成更有效的局域寿命控制，提高了快恢复二极管的关断软度性能，并可以实现关断损耗与关断软度之间良好的折中。
31.图2是根据本公开又一实施例的快恢复二极管的示意剖面图。如图2所示，第一导电类型半导体层10包括：第一导电类型衬底层10a；第一导电类型外延过渡层10b，其中，第一导电类型外延过渡层10b位于第一导电类型衬底层10a的上表面；第一导电类型外延层10c，其中，第一导电类型外延层10c位于第一导电类型外延过渡层10b的上表面，而且第一导电类型外延层10c的上表面与第二导电类型半导体层20相接触。
32.第一导电类型衬底层10a、第一导电类型外延过渡层10b和第一导电类型外延层10c的掺杂浓度以及厚度可以根据实际应用进行设置，本公开对此不作限制。以第一导电类型是n型为例，第一导电类型衬底层10a的掺杂浓度可以是1e18～1e19cm-3
，厚度可以是300μm～500μm；第一导电类型外延过渡层10b的掺杂浓度可以是5e14～1e17cm-3
，厚度可以是10μm～50μm；以及第一导电类型外延层10c的掺杂浓度可以是1e13～5e14cm-3
，厚度可以是10μm～150μm。
33.在图2的基础上，用于与第一导电类型半导体层10形成pn结的区域20b是通过在第一导电类型外延层10c的上表面中形成局域寿命控制区域20a之后外延形成第一导电类型第二外延层并在第一导电类型第二外延层中进行第二导电类型离子的注入而形成的。其中，第一导电类型第二外延层的电阻率与第一导电类型外延层10c的电阻率相同，这样在后续的离子注入过程中就不需要对离子注入剂量进行调整，当然，电阻率不同也是可以的。以第二导电类型半导体层20是p型为例，可以在n型的第二外延层中注入硼离子或铝离子，注入剂量可以为例如2e12～5e13 cm-2
，然后在注入之后进行退火，就能够形成用于与第一导电类型半导体层10形成pn结的区域20b。
34.继续参考图2，快恢复二极管还包括正面金属层30和背面金属层40，其厚度可以根据实际应用进行设置。例如，正面金属层30的厚度可以为1μm～4μm，背面金属层40的厚度可以为1μm～2μm。
35.通过采用上述技术方案，由于第二导电类型半导体层20包括局域寿命控制区域20a和用于与第一导电类型半导体层10形成pn结的区域20b，而且局域寿命控制区域20a为由晶格失配材料形成的区域，因此其不需要像现有技术那样需要氢或氦离子注入机，从而能够大大降低工艺门槛和价格成本，此外，还能够利用晶格失配材料形成的区域来实现定点局域寿命控制区域，从而能形成更有效的局域寿命控制，提高了快恢复二极管的关断软度性能，并可以实现关断损耗与关断软度之间良好的折中。
36.图3是根据本公开一种实施例的快恢复二极管的制备方法的流程图。如图3所示，该方法包括：
37.在步骤s31中，形成第一导电类型半导体层；
38.在步骤s32中，在第一导电类型半导体层的上表面上形成第二导电类型半导体层，第二导电类型半导体层与第一导电类型半导体层相接触以形成pn结，其中，第二导电类型半导体层包括局域寿命控制区域和用于与第一导电类型半导体层形成pn结的区域，局域寿命控制区域为由晶格失配材料形成的区域。
39.通过采用上述技术方案，由于第二导电类型半导体层包括局域寿命控制区域和用于与第一导电类型半导体层形成pn结的区域，而且局域寿命控制区域为由晶格失配材料形成的区域，因此其不需要像现有技术那样需要氢或氦离子注入机，从而能够大大降低工艺门槛和价格成本，此外，还能够利用晶格失配材料形成的区域来实现定点局域寿命控制区域，从而能形成更有效的局域寿命控制，提高了快恢复二极管的关断软度性能，并可以实现关断损耗与关断软度之间良好的折中。
40.图4a-4g是根据本公开一种实施例的快恢复二极管的制备方法的剖面流程示意图。
41.首先，在图4a中，形成第一导电类型衬底层10a，在第一导电类型衬底层10a的上表面形成第一导电类型外延过渡层10b，在第一导电类型外延过渡层10b的上表面形成第一导电类型外延层10c。第一导电类型衬底层10a、第一导电类型外延过渡层10b和第一导电类型外延层10c共同构成了第一导电类型半导体层10。
42.第一导电类型衬底层10a的材料可以是sic、si等，本公开对此不作限制。
43.第一导电类型外延过渡层10b和第一导电类型外延层10c均可以采用外延工艺来制备，其材料可以是sic、si等。
44.第一导电类型衬底层10a、第一导电类型外延过渡层10b和第一导电类型外延层10c的掺杂浓度以及厚度可以根据实际应用进行设置，本公开对此不作限制。以第一导电类型是n型为例，第一导电类型衬底层10a的掺杂浓度可以是1e18～1e19cm-3
，厚度可以是300μm～500μm；第一导电类型外延过渡层10b的掺杂浓度可以是5e14～1e17cm-3
，厚度可以是10μm～50μm；以及第一导电类型外延层10c的掺杂浓度可以是1e13～5e14cm-3
，厚度可以是10μm～150μm。
45.然后，如图4b所示，在第一导电类型外延层10c的上表面挖沟槽。例如，可以利用光刻胶做阻挡层，光刻刻出沟槽结构。
46.沟槽的结构已经在上文进行了详细描述，此处不再赘述。
47.然后，如图4c所示，在沟槽中沉积晶格失配材料(例如多晶硅)并回流，使得晶格失配材料能够填平沟槽。
48.然后，如图4d所示，刻蚀去除沟槽顶部的晶格失配材料50，也即将溢出沟槽的晶格失配材料50去除即可。这样，就得到了局域寿命控制区域20a。
49.然后，如图4e所示，外延形成第一导电类型第二外延层60。其中，第一导电类型第二外延层60的材料可以与第一导电类型外延层10c的材料相同，而且，两者的电阻率相同以便在后续的离子注入过程中不需要对离子注入剂量进行调整，当然，电阻率不同也是可以的。外延过程中可能会形成一些第一导电类型第二外延层60材料和晶格失配材料50的过渡层，也即图4e中晶格失配材料50顶部的弧形区域。
50.其中，第一导电类型第二外延层60的厚度可以根据实际应用进行设置，例如可以为3μm～15μm。
51.然后，如图4f所示，在第一导电类型第二外延层60中进行第二导电类型离子的注入并退火驱入，形成用于与第一导电类型半导体层10形成pn结的区域20b。
52.然后，如图4g所示，形成正面金属层30和背面金属层40。
53.另外，在完成局域寿命控制之后，还可以对快恢复二极管进行电子辐照或者重金属扩散，以实现全局寿命控制。
54.通过采用上述技术方案，由于第二导电类型半导体层20包括局域寿命控制区域20a和用于与第一导电类型半导体层10形成pn结的区域20b，而且局域寿命控制区域20a为由晶格失配材料形成的区域，因此其不需要像现有技术那样需要氢或氦离子注入机，从而能够大大降低工艺门槛和价格成本，此外，还能够利用晶格失配材料形成的区域来实现定点局域寿命控制区域，从而能形成更有效的局域寿命控制，提高了快恢复二极管的关断软度性能，并可以实现关断损耗与关断软度之间良好的折中。
55.以上结合附图详细描述了本公开的优选实施方式，但是，本公开并不限于上述实施方式中的具体细节，在本公开的技术构思范围内，可以对本公开的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本公开的保护范围。
56.另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本公开对各种可能的组合方式不再另行说明。
57.此外，本公开的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本公开的思想，其同样应当视为本公开所公开的内容。