[發明專利]一種快恢復二極管的結構及其制造方法

在審

• 申請號: 201210363887.1
• 申請日: 2012-09-26
• 公開（公告）號: CN103681877A
• 公開（公告）日: 2014-03-26
• 發明（設計）人: 吳海平;周雪飛;肖秀光;曹群
• 申請（專利權）人: 比亞迪股份有限公司
• 主分類號: H01L29/861
• 分類號: H01L29/861;H01L29/45;H01L21/329;H01L29/36
• 代理公司: 北京清亦華知識產權代理事務所(普通合伙) 11201
• 代理人: 張大威

技術領域

本發明涉及半導體設計及制造領域，特別涉及一種快恢復二極管的結構及其制造方法。

背景技術

FRD（快恢復二極管）具有工作頻率高、導通壓低等優點，廣泛應用于功率控制電路，起續流或整流的作用。隨著電力電子技術的發展，要求FRD具有更快的關斷速度和更高的工作頻率。

圖1所示為傳統的FRD的結構示意圖。以PIN+型二極管的FRD為例，圖1所示的FRD從下至上依次包括：陰極金屬層101、陰極層102（N+區）、漂移區103（N-區）、陽極區104（P+區）和陽極金屬層105。FRD的工作頻率主要與關斷時漂移區103存儲的過剩載流子數量及存儲時間有關。FRD關斷時漂移區103的過剩載流子（空穴）會被抽出或者復合，最終全部消失，從而使FRD完全關斷。目前主要是通過電子輻照、重金屬摻雜、質子注入以及氦離子注入等工藝來控制縮短過剩載流子的壽命，從而減少關斷時間，提高工作頻率。

上述各種方法都有明顯的缺陷：采用電子輻照能提高FRD的開關頻率，但是輻照后的器件在高溫下特性會出現退化；重金屬摻雜在FRD中的濃度分布難以控制；質子注入和氦離子注入需要進行高能離子注入，成本高，工藝難度大，而且注入的深度也有限。此外，上述各種方法都會使得VF（voltage?forward，正向電壓）的負溫度系數增大，不利于FRD的并聯使用。

考慮眾多因素，最簡單易行的方法是直接制作低濃度的陽極區（P區），由于導通時注入到FRD內部漂移區（N-區）的空穴的濃度很低，從而使漂移區過剩載流子空穴濃度很低，故使FRD具有更快的關斷速度，即更高的工作頻率。但是，降低陽極區的濃度會導致陽極區（例如硅）和陽極金屬層之間的歐姆接觸變差，從而使VF升高，損耗增加。

為了減小陽極區和陽極金屬層之間的接觸電阻，在低濃度的P區上再形成高濃度的P+區，以形成良好的歐姆接觸。但是由于載流子的擴散作用，當FRD導通時，該P+區內的大量空穴仍然能夠通過擴散作用注入到漂移區，影響器件特性。為了減小P+區空穴的影響，當前的做法是在高濃度的P+區與低濃度的P區之間采用重離子注入形成高缺陷層，從而引入復合中心，使從P+區擴散來的空穴與從漂移區擴散來的電子盡快復合，以減少注入到漂移區內的空穴。但是，這一技術同樣需要高能離子注入設備，成本高，工藝難度比較大。

發明內容

本發明的目的旨在至少解決上述技術缺陷之一，特別是提供一種FRD的結構及其制造方法，在不降低器件的工作頻率的前提下，既能夠改善陽極區和陽極金屬層之間的歐姆接觸，又不需要進行高能離子注入以形成復合中心，簡化工藝，降低成本。

為達到上述目的，本發明一方面提供一種快恢復二極管的結構，包括：陰極金屬層;形成在所述陰極金屬層上的陰極區,所述陰極區具有第一導電類型；形成在所述陰極區上的漂移區，所述漂移區具有第一導電類型；形成在所述漂移區上的陽極區，所述陽極區具有第二導電類型，所述陽極區的摻雜濃度高于所述漂移區的摻雜濃度且低于所述陰極區的摻雜濃度；形成在所述陽極區上的導電層；和形成在所述導電層上的陽極金屬層。

在本發明的一個實施例中，所述陰極區為重摻雜，所述漂移區為輕摻雜。

在本發明的一個實施例中，所述導電層的材料包括多晶硅、非晶硅。

在本發明的一個實施例中，所述陽極區的陽極區的摻雜濃度比所述漂移區的摻雜濃度高一至兩個數量級。

在本發明的一個實施例中，所述導電層的厚度范圍為0.01μm-0.2μm。

本發明另一方面提供一種快恢復二極管的制造方法，包括以下步驟：提供半導體襯底，所述半導體襯底為陰極區且具有第一導電類型；在所述半導體襯底的第一表面形成外延層，所述外延層具有第一導電類型；對所述外延層進行第二導電類型摻雜以在所述外延層的上部分形成陽極區，所述外延層的下部分為漂移區，所述陽極區具有第二導電類型，所述陽極區的摻雜濃度高于所述漂移區的摻雜濃度且低于所述陰極區的摻雜濃度；在所述陽極區上形成導電層；在所述導電層上形成陽極金屬層；和在所述半導體襯底的第二表面形成陰極金屬層。

在本發明的一個實施例中，所述陰極區為重摻雜，所述外延層為輕摻雜。

在本發明的一個實施例中，所述導電層的材料包括多晶硅、非晶硅。

在本發明的一個實施例中，所述陽極區的摻雜濃度比所述漂移區的摻雜濃度高一至兩個數量級。

在本發明的一個實施例中，所述導電層的厚度范圍為0.01μm-0.2μm。