高壓快速恢復溝槽二極管制造技術

本發明專利技術的各個方面提出了高壓快速恢復溝槽二極管及其制備方法。該器件具有至少穿過頂部P-層和N-勢壘層延伸的溝槽。導電材料沉積在溝槽中，電介質材料內襯導電材料和溝槽側壁之間的溝槽。重摻雜P-區形成在溝槽之間的頂部P-層的頂部。浮動N-區形成在P-區下方。浮動N-區的寬度等于或大于P-區寬度。要強調的是，本摘要必須使研究人員或其他讀者快速掌握技術說明書的主旨內容，本摘要符合以上要求。應明確，本摘要將不用于解釋或局限權利要求書的范圍或意圖。

【技術實現步驟摘要】
高壓快速恢復溝槽二極管
本專利技術涉及半導體二極管。確切地說，本專利技術是關于基于高壓溝槽的二極管。
技術介紹
圖1A表示二極管的反向恢復特性。一開始，二極管沿正向傳導電流。一旦開始反向恢復，正向電流就開始降低，最終開始反向傳導。反向電流在ta時間內持續增大，一直增大到反向恢復電流Irm為止。然后，在tb時間內，反向電流大致降低至0。這時二極管可以閉鎖電流反向流動。ta和tb時間內的反向電流可以除去器件中建立起來的電荷，同時在正向狀態下接通。曲線下方的陰影區表示需要除去的電荷的總量（反向恢復電流Qrr）。因此，為了減少所需的恢復時間，必須降低Irm和Qrr的值。然而，如果反向電流朝著反向恢復時間的后期降低得過快，那么偏離的電路電感可能會引起整個器件的電壓增大。柔軟值S測量的是tb/ta，有助于確定偏離電路電感是否會過大。一般來說，柔軟值大于1.0的器件在反向恢復時，不會因偏離電路電感的問題對器件造成損傷。二極管的Qrr主要受器件注入效率的影響。注入效率較高的二極管通常具有較高的Qrr。因此，嘗試降低Qrr的原有技術主要在于降低注入效率。通過減少二極管中的載流子壽命，可以降低注入效率。確切地說，通過電子輻射、質子輻射、氦輻射和/或在二極管的硅中擴散金或鉑等處理工藝，可以實現上述目的。然而，這些工藝也會導致二極管中的漏電流增大，并且在高溫時反向恢復性能有所降低。于2011年1月31日存檔的美國專利申請號12/931,429（公開號2012193676A1）的專利，特此引用，其中提出了多種降低注入效率的可選方案。圖1B表示這種二極管的一個示例。首先，對頂部P-層109進行輕摻雜。由于只有很少一部分電荷載流子可用，因此輕摻雜降低了器件頂部的注入效率。在頂部P-層109以下增加一個重摻雜N-勢壘層108，可以進一步降低頂部的注入效率。此外，除去器件的半導體襯底，可以降低器件底部的注入效率。作為示例，通過背部研磨，可以除去半導體襯底。然而，頂部P-層109的摻雜濃度降低的程度受到穿通約束和接觸金屬112與頂部P-層109之間歐姆接觸品質的限制。因此，有必要通過降低注入效率來改善反向恢復性能，同時保持與頂部P-層109之間良好的歐姆接觸以及很低的漏電流。
技術實現思路
本專利技術通過降低注入效率來改善反向恢復性能，同時保持與頂部P-層之間良好的歐姆接觸以及很低的漏電流。一種溝槽二極管，包括：一個第一導電類型的外延層；一個第一導電類型的勢壘層，其形成在外延層的頂面上方；一個第二導電類型的頂層，其形成在勢壘層的頂面上方；一個或多個溝槽，其穿過頂層和勢壘層，其特征在于，導電材料沉積在溝槽中，內襯溝槽的電介質材料在導電材料和溝槽的側壁之間；一個接觸區，其形成在頂層的頂部，所述的接觸區為第二導電類型，所述接觸區的摻雜濃度大于所述頂層的摻雜濃度；一個電浮動區，其形成在接觸區下方，所述電浮動區為第一導電類型；以及一個電極，用于接觸接觸區、頂層和導電材料。所述勢壘層的摻雜濃度大于外延層的摻雜濃度。還包括一個緩沖層，其形成在外延層的底面以下，所述的緩沖層為第一導電類型。歐姆接觸層形成在所述緩沖層的底面上。一部分所述的頂層將接觸區一個或多個溝槽分隔開。所述接觸區以條形平行于一個或多個溝槽延伸。所述接觸區是獨立的島，形成在兩個或多個溝槽之間。所述獨立島形成在一個或多個溝槽中心，構成一個封閉式晶胞結構。所述封閉式晶胞結構是一個方形結構。所述封閉式晶胞結構是一個六角形結構。所述接觸區形成在一個或多個溝槽中的其中一個溝槽的鄰近。所述接觸區以條形平行于一個或多個溝槽延伸。所述接觸區以條形垂直于一個或多個溝槽延伸。所述第一導電類型為N-型，第二導電類型為P-型。一種快速恢復溝槽二極管的制備方法，其特點是，該方法包括：制備一個第一導電類型的外延層；在外延層上方制備一個第一導電類型的勢壘層，其中勢壘層的摻雜濃度大于外延層的摻雜濃度；在勢壘層上方，制備一個第二導電類型的頂層；制備一個或多個溝槽，至少穿過頂層和勢壘層延伸；在一個或多個溝槽中沉積導電材料，并用電介質材料內襯在溝槽的導電材料和溝槽的側壁之間；在頂層的頂部，制備一個第二導電類型的接觸區，其中接觸區的摻雜濃度大于頂層的摻雜濃度；在接觸區下方，制備一個第一導電類型的電浮動區；并且在頂層上方，制備一個導電接觸層，其中接觸層電連接到接觸區、頂層以及導電材料。所述電浮動區的寬度為WF，所述接觸區的寬度為WC，所述WF至少和WC一樣大。所述WF大于WC。所述電浮動區是利用第一掩膜制成的，接觸區是利用第二掩膜制成的。所述電浮動區和接觸區是通過一個單獨的掩膜形成的。所述電浮動區是通過帶角度的離子注入形成的，所述接觸區是通過垂直離子注入形成的。所述的電浮動區是通過垂直離子注入形成的，所述接觸區是通過垂直離子注入形成的。附圖說明圖1A表示二極管的反向恢復性能。圖1B表示原有技術的溝槽二極管器件。圖2A-2B表示依據本專利技術的各個方面，帶有N和P-區的溝槽二極管剖面圖。圖3A表示依據本文提出的原有技術的溝槽二極管的各個方面，帶有N和P-區的溝槽二極管中空穴濃度的對比圖。圖3B表示依據本文提出的原有技術的溝槽二極管的各個方面，帶有N和P-區的溝槽二極管中電子濃度的對比圖。圖3C表示依據本專利技術的各個方面，帶有N和P-區的溝槽二極管中空穴濃度的溫度效應對比圖。圖3D表示依據本專利技術的各個方面，帶有N和P-區的溝槽二極管中電子濃度的溫度效應對比圖。圖4A-4E表示依據本專利技術的各個方面，制備帶有N和P-區的溝槽二極管的工藝流程。圖5A-5F表示依據本專利技術的各個方面，帶有N和P-區的溝槽二極管的各種器件布局的俯視圖。圖6A和6B表示依據本專利技術的各個方面，帶有不同接觸金屬和結構的N和P-區的溝槽二極管。圖6C和6D表示圖6A和6B中沿線6C和6D的載流子濃度的圖形表示。具體實施方式盡管為了解釋說明，以下詳細說明包含了許多具體細節，但是本領域的技術人員應明確以下細節的各種變化和修正都屬于本專利技術的范圍。因此，提出以下本專利技術的典型實施例，并沒有使所聲明的方面損失任何普遍性，也沒有提出任何局限。在下文中，帶有N型外延層和P-型頂層的器件用于解釋說明。利用相同的工藝，就可以制備導電類型相反的器件。依據本專利技術的各個方面，提出了高壓快速恢復的溝槽二極管及其制備方法。器件具有溝槽，至少穿過頂部P-層和N-勢壘層延伸。N-勢壘層的摻雜濃度高于N-漂流層。導電材料沉積在溝槽中，電介質材料內襯導電材料和溝槽側壁之間的溝槽中。重摻雜P-區形成在頂部P-層的頂部中每對溝槽之間。浮動N-區形成在P-區下方。浮動N-區和P-區寬度相等，或大于P-區寬度。可以通過離子注入，形成P-區和N-區。本專利技術的各個方面包括，通過一個單獨的掩膜，制備N和P-區。作為示例，使用一個單獨的掩膜，通過垂直于頂面器件的離子注入或帶角度的離子注入，制備N-區，通過注入能量較低的、垂直于頂面器件的離子注入，制備P-區。本專利技術的各個方面包括，N和P-區集中在兩個溝槽之間的器件布局。N和P-區集中在兩個溝槽之間的器件包括N和P-區是平行于溝槽的連續條紋，或形成在溝槽之間的獨立島。其他方面包括N和P-區形成在溝槽附近的器件布局。本專利技術的其他方面提出了與溝槽交叉的N和P-區。作為示例，N和P-區穿本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種溝槽二極管，包括：一個第一導電類型的外延層；一個第一導電類型的勢壘層，其形成在外延層的頂面上方；一個第二導電類型的頂層，其形成在勢壘層的頂面上方；一個或多個溝槽，其穿過頂層和勢壘層，其特征在于，導電材料沉積在溝槽中，內襯溝槽的電介質材料在導電材料和溝槽的側壁之間；一個接觸區，其形成在頂層的頂部，所述的接觸區為第二導電類型，所述接觸區的摻雜濃度大于所述頂層的摻雜濃度；一個電浮動區，其形成在接觸區下方，所述電浮動區為第一導電類型；以及一個電極，用于接觸接觸區、頂層和導電材料。

【技術特征摘要】
2013.02.25 US 13/776,4971.一種溝槽二極管，包括：一個第一導電類型的外延層；一個第一導電類型的勢壘層，其形成在外延層的頂面上方；一個第二導電類型的頂層，其形成在勢壘層的頂面上方；一個或多個溝槽，其穿過頂層和勢壘層，其特征在于，導電材料沉積在溝槽中，內襯溝槽的電介質材料在導電材料和溝槽的側壁之間；一個接觸區，其形成在頂層的頂部，所述的接觸區為第二導電類型，所述接觸區的摻雜濃度大于所述頂層的摻雜濃度；一個電浮動區，其形成在接觸區下方，所述電浮動區為第一導電類型，電浮動區的寬度等于或大于接觸區的寬度；以及一個電極，用于接觸接觸區、頂層和導電材料。2.如權利要求1所述的溝槽二極管，其特征在于，所述勢壘層的摻雜濃度大于外延層的摻雜濃度。3.如權利要求1所述的溝槽二極管，其特征在于，還包括一個緩沖層，其形成在外延層的底面以下，所述的緩沖層為第一導電類型。4.如權利要求3所述的溝槽二極管，其特征在于，歐姆接觸層形成在所述緩沖層的底面上。5.如權利要求1所述的溝槽二極管，其特征在于，一部分所述的頂層將接觸區一個或多個溝槽分隔開。6.如權利要求5所述的溝槽二極管，其特征在于，所述接觸區以條形平行于一個或多個溝槽延伸。7.如權利要求5所述的溝槽二極管，其特征在于，所述接觸區是獨立的島，形成在兩個或多個溝槽之間。8.如權利要求7所述的溝槽二極管，其特征在于，所述獨立島形成在一個或多個溝槽中心，構成一個封閉式晶胞結構。9.如權利要求8所述的溝槽二極管，其特征在于，所述封閉式晶胞結構是一個方形結構。10.如權利要求9所述的溝槽二極管，其特征在于，所述封閉式晶胞結構是一個六角形結構。11.如權利要求1所述的溝槽二...

【專利技術屬性】
技術研發人員：胡軍，卡西克·帕德馬納班，馬督兒·博德，哈姆扎·依瑪茲，
申請(專利權)人：萬國半導體股份有限公司，
類型：發明
國別省市：美國;US