[發明專利]一種快恢復二極管及其制備方法

在審

• 申請號: 202111272922.4
• 申請日: 2021-10-29
• 公開（公告）號: CN114023644A
• 公開（公告）日: 2022-02-08
• 發明（設計）人: 屈志軍;王榮華;徐四向;吳方軍;張若鴻
• 申請（專利權）人: 江蘇索力德普半導體科技有限公司
• 主分類號: H01L21/329
• 分類號: H01L21/329;H01L21/265;H01L29/04;H01L29/36;H01L29/16;H01L29/868
• 代理公司: 無錫華源專利商標事務所(普通合伙) 32228
• 代理人: 過顧佳

本發明公開了一種快恢復二極管及其制備方法，涉及半導體技術領域，該制備方法包括：提供N型低摻雜襯底，在N型低摻雜襯底的第一表面形成終端區和主結區，向主結區下方的N型低摻雜襯底中進行離子注入形成N型缺陷層，在N型低摻雜襯底的第二表面進行離子注入形成N型摻雜層。本發明采用了離子注入的方法在N型低摻雜襯底內形成一個N型缺陷薄層作為載流子的復合中心，通過改變pn結的發射率及載流子的分布，使得載流子能夠在很短的時間內在內建電場的驅動下排出FRD器件體外，從而實現快速的反向恢復；并且通過調整N型缺陷薄層的濃度分布，還可以改變FRD的軟度因子，改善系統的EMC干擾。

技術領域

本發明涉及半導體技術領域，尤其涉及一種快恢復二極管及其制備方法。

背景技術

快恢復二極管簡稱FRD(Fast Recovery Diode)，是一種具有開關特性好、反向恢復時間短特點的半導體二極管，主要應用于開關電源、PWM脈寬調制器、變頻器等電子電路中，在現代電力電子電路中作為續流二極管，與IGBT共同使用。快恢復二極管與普通整流二極管不同，通常采用PIN結構，其具備反向耐壓高、反向恢復電荷少、反向恢復電流小、損耗低等特點，在高壓場合應用普遍。

為了提高電力電子系統的整體效率及提高功率密度，系統的工作頻率要求越來越高。已經從傳統的工頻(50Hz)提高到幾十kHz甚至上百kHz。通過提高系統的工作頻率，單位體積的功率輸出能力已經提高了上百倍。FRD即是高頻系統中不可或缺的器件。FRD的性能在很大程度上影響了整個系統的效率、體積、可靠性等重要指標。

傳統的FRD制備使用鉑(Pt)擴散工藝，在Si晶體內部產生大量的復合中心，從而減少少數載流子的壽命，提高反向恢復的速度。在這個過程中，鉑(Pt)的擴散速度非常快，需要的溫度也很低，在整個工藝流程中很容易造成對其它工藝設備的重金屬污染，而且這個污染很難消除，多數的現代化半導體生產線都不愿意引入這個工藝；FRD通常只在6英寸以下的產品線上進行生產，這進一步限制了FRD的產能，也限制了FRD的工藝向更高端發展的速度。

此外，由于鉑(Pt)在Si晶體中擴散的速度很快，用傳統工藝制作的FRD中，復合中心的密度是均勻分布的，這就限制了FRD軟度因子的提高。在實際應用中，FRD要配合大電流的開通與關斷，其軟度因子對系統的性能、可靠性及對周圍環境的電磁污染至關重要。使用反向恢復軟度不好的FRD時，其反向恢復時會產生很高的dI/dt。在感性電路中，或者由于系統的雜散電感的作用，產生一個電壓的過沖，幅度為LdI/dt。其中L為系統的電感量。當軟度因子不好、dI/dt很高時，這個電壓過沖也很高，會造成加在器件上的實際電壓超過其耐壓，造成器件的損壞。同時，很高的dI/dt也會造成更大的EMC電磁污染，影響周圍的電路工作，甚至其它電子設備的正常工作，而消除這個電磁污染又需要附加其它電路，增加系統成本。

發明內容

本發明人針對上述問題及技術需求，提出了一種快恢復二極管及其制備方法，技術方案如下：

第一方面，本發明公開了一種快恢復二極管的制備方法，該方法包括：

提供N型低摻雜襯底；

在N型低摻雜襯底的第一表面形成終端區和主結區；

向主結區下方的N型低摻雜襯底中進行離子注入形成N型缺陷層；

在N型低摻雜襯底的第二表面進行離子注入形成N型摻雜層。

進一步的，在N型低摻雜基底的第一表面形成終端區和主結區，包括：

在N型低摻雜襯底的第一表面形成氧化層；

對氧化層進行光刻、刻蝕，形成終端區和主結區的離子注入窗口；

向離子注入窗口注入P型離子并進行推結，形成終端區和主結區。

進一步的，制備方法還包括：