[發(fā)明專利]一種高效整流器及其制造方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610150194.2
• 申請日: 2016-03-16
• 公開（公告）號: CN107204336B
• 公開（公告）日: 2023-10-20
• 發(fā)明（設計）人: 陳文鎖;張培健;鐘怡;王林凡
• 申請（專利權(quán)）人: 重慶中科渝芯電子有限公司;中國電子科技集團公司第二十四研究所
• 主分類號: H01L27/07
• 分類號: H01L27/07;H01L21/8249
• 代理公司: 重慶大學專利中心 50201
• 代理人: 王翔

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及功率半導體器件技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種高效整流器及其制造方法。

背景技術(shù)

功率半導體整流器，廣泛應用于功率轉(zhuǎn)換器和電源中。常見的功率半導體整流器包括PIN功率整流器、肖特基勢壘整流器和超勢壘整流器。

其中PIN功率整流器正向壓降大，反向恢復時間長，但漏電較小，并且具有優(yōu)越的高溫穩(wěn)定性，主要應用于300V以上的中高壓范圍。

肖特基勢壘整流器主要應用于200V以下的中低壓范圍，其正向壓降小，反向恢復時間短，但反向漏電流較高，高溫可靠性較差。結(jié)勢壘控制整流器(JBS)和混合PIN/肖特基整流器(MPS)，結(jié)合了PIN功率整流器和肖特基勢壘功率整流器的優(yōu)點，是適用于中高壓范圍的常用整流器結(jié)構(gòu)。

超勢壘整流器，在陽極和陰極之間整合并聯(lián)的整流二極管和MOS晶體管來形成具有較低正向?qū)妷骸⑤^穩(wěn)定高溫性能的整流器件，在100V以下的應用中具有明顯的競爭優(yōu)勢。

已經(jīng)公開的典型的超勢壘整流器有多種結(jié)構(gòu)和相應的制造方法，但其VF(正向?qū)妷?相對較高、制造工藝相對較復雜，還不能滿足市場對超低VF、制造工藝簡單的高效整流器的需求。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是解決現(xiàn)有技術(shù)中，超勢壘整流器中VF較高，制造工藝相對復雜等問題。

為實現(xiàn)本發(fā)明目的而采用的技術(shù)方案是這樣的，一種高效整流器，其特征在于：包括重摻雜第一導電類型襯底層、輕摻雜第一導電類型外延層、第二導電類型保護環(huán)區(qū)、第二導電類型體區(qū)、第一導電類型增強層、場介質(zhì)層、柵介質(zhì)層、柵電極層、上電極金屬層和下電極金屬層。

所述重摻雜第一導電類型襯底層覆蓋于下電極金屬層之上。

所述輕摻雜第一導電類型外延層覆蓋于重摻雜第一導電類型襯 底層之上。

所述第二導電類型保護環(huán)區(qū)和第二導電類型體區(qū)覆蓋于輕摻雜第一導電類型外延層之上的部分表面。

所述第一導電類型增強層浮空于輕摻雜第一導電類型外延層內(nèi)部。

所述場介質(zhì)層和柵介質(zhì)層覆蓋于輕摻雜第一導電類型外延層之上的部分表面。

所述柵電極層覆蓋于柵介質(zhì)層之上。

所述上電極金屬層覆蓋于介質(zhì)層、柵電極層和第二導電類型體區(qū)之上。所述上電極金屬層還覆蓋于第二導電類型保護環(huán)區(qū)之上的部分表面。

進一步，所述第二導電類型保護環(huán)區(qū)為閉合狀的環(huán)形結(jié)構(gòu)。環(huán)形包圍的中間區(qū)域為有源區(qū)。

進一步，所述第二導電類型體區(qū)由一個或者多個重復的結(jié)構(gòu)單元構(gòu)成。所述第二導電類型體區(qū)位于有源區(qū)內(nèi)部，位于有源區(qū)邊緣的結(jié)構(gòu)單元與第二導電類型保護環(huán)區(qū)可以接觸，也可以不接觸。

進一步，所述第一導電類型增強層分布在整個有源區(qū)。所述第一導電類型增強層與第二導電類型體區(qū)相接觸。所述第一導電類型增強層與第二導電類型保護環(huán)區(qū)可以接觸，也可以不接觸。

進一步，所述場介質(zhì)層位于有源區(qū)外部。所述柵介質(zhì)層位于有源區(qū)內(nèi)部。

進一步，所述場介質(zhì)層還覆蓋于第二導電類型保護環(huán)區(qū)之上的部分表面。所述場介質(zhì)層與第二導電類型體區(qū)不接觸。所述場介質(zhì)層與柵介質(zhì)層不接觸。

一種高效整流器的制造方法，其特征在于，包括以下步驟：

1)將輕摻雜第一導電類型外延層覆蓋于重摻雜第一導電類型襯底層之上。

2)將場介質(zhì)層覆蓋于輕摻雜第一導電類型外延層之上。

3)利用第一掩膜層形成閉合環(huán)形結(jié)構(gòu)的第二導電類型保護環(huán)區(qū)。其環(huán)形環(huán)繞部分為有源區(qū)。

4)利用第二掩膜層刻蝕所述有源區(qū)上方的場介質(zhì)層。

5)向有源區(qū)普遍注入第一導電類型的雜質(zhì)形成第一導電類型增 強層。在有源區(qū)上方依次覆蓋柵介質(zhì)材料和柵電極材料。

6)利用第三掩膜層形成柵介質(zhì)層和柵電極層。

7)向有源區(qū)普遍注入第二導電類型雜質(zhì)離子，快速退火后形成第二導電類型體區(qū)。

8)形成上電極金屬層。

9)形成下電極金屬層。

進一步，所述步驟5)中的柵電極材料優(yōu)選多晶硅材料。所述多晶硅材料通過原味摻雜方式或者雜質(zhì)注入后退火的方式完成摻雜。

進一步，所述步驟8)中的上電極金屬層包括高級硅化物和常規(guī)金屬。

所述高級硅化物優(yōu)選鈦硅或者鉑硅。

所述常規(guī)金屬優(yōu)選鋁硅或者鋁硅銅。

值得說明的是，在不影響所述高效整流器結(jié)構(gòu)的前提下，上述制造方法可以根據(jù)實際生產(chǎn)工藝進行適當調(diào)整。