一种多混合结构的软快恢复二极管及其制备方法
【专利摘要】本发明的主要目的为提供一种高压软快恢复二极管及其制备方法，此方法采用肖特基混合高低浓度PN结结构，并同步制造变掺杂平面终端（VLD）保护，提高了击穿电压和抗浪涌能力，降低了恢复时间，形成软恢复特性，并可达到良好的低漏电效果。本发明在N?/N/N+型硅片上间隔地排列制造出高浓度的P+/N?结、肖特基结、低浓度的P?/N?结、肖特基结结构，通过增加P?/N?结构，降低空穴注入效率，减小了反向恢复时间，又避免肖特基结势垒高度降低缺点，达到软快恢复和低漏电的综合；和P?/N?结同时形成VLD终端结构保证了高电压和高抗浪涌能力，又简化制造流程，降低成本。本发明的多混合结构二极管，与传统的PIN和MPS结构的快恢复二极管相比，恢复时间更快，应用范围更为广泛。
【专利说明】
一种多混合结构的软快恢复二极管及其制备方法
技术领域
[0001]本发明属于二极管及其制备的技术领域，特别是涉及一种高压、软、快恢复二极管及其制备方法。
【背景技术】
[0002]在电力电子、开关电源电路以及各种电机驱动电路中，越来越高的工作频率将大幅度降低其中的被动元件(电感和电容)的体积及其上面的功率损耗，但对电路中使用的大功率开关二极管提出了更短的反向恢复时间、更低的开关损耗的要求。目前，这些电路中应用最多的仍然是PIN结构的快恢复和超快恢复二极管。但普通的PIN 二极管不具备反向软恢复特性，反向恢复过程中会出现大的反向峰值恢复电流和反向峰值电压，使变换电路的损耗和电磁干扰(EMI)增大，同时对二极管以及主开关器件的稳定工作造成了威胁。选用具有软恢复特性的高压快恢复二极管能显著降低这些不利影响;对于高反压快恢复二极管若要获得软快特性，关键在于控制正向导通时存储在PIN 二极管漂移区(N-区)中的超量载流子的分布状态，如果能获得靠近P+N-结处分布的载流子浓度低，而靠近N+N-结处的浓度高的“倒梯形”分布，将会获得更大的软恢复因子、更软的恢复特性。综合了 PIN 二极管和肖特基二极管优点的PIN/肖特基混合二极管(MPS) 二极管具有更快、更软的反向恢复特性，如美国专利US7，071，525 B2所描述的特性。如图1所示结构，此结构能够提升软恢复特性，但如果要达到更快恢复特性，必须增大P+结间距，会导致对肖特基结的屏蔽作用减弱，反向漏电流增大;P+结间距小，则注入到漂移区的载流子过多，降低了速度。同时，对于大功率高压快恢复二极管反向雪崩浪涌能力的提升，芯片的终端保护至关重要，通常采用的分压环结构存在产生动态电流丝而能力低缺点，变掺杂扩展终端技术(VLD)被证明能有效提高抗雪崩击穿能力，但制造过程需增加低浓度P型杂质注入，增加了工步，针对上述问题，本发明提供了一种多混合结构软快恢复二极管及其制备方法，此方法采用肖特基混合高低浓度PN结结构，并同步制造变掺杂平面终端(VLD)保护，提高了击穿电压和抗浪涌能力，降低了恢复时间，形成软恢复特性，并可达到良好的低漏电效果。
【发明内容】
[0003 ]本发明在N-/N/N+型硅片上间隔地排列制造出高浓度的P+/N-结、肖特基结、低浓度的P-/N-结、肖特基结结构，通过增加P-/N-结构，降低空穴注入效率，减小了反向恢复时间，又避免肖特基结势皇高度降低缺点，达到软快恢复和低漏电的综合;与P-/N-结同时形成VLD终端结构保证了高电压和高抗浪涌能力，又简化制造流程，降低成本。
[0004]对于MPS结构的快恢复二极管，是将PIN 二极管和肖特基二极管结合在一起，如图1所示，间隔地排列P+结和肖特基结，肖特基结势皇高度低，首先开始导通，在低电流密度时，导通压降小，恢复时间快;但在大电流密度时，导通压降由于漂移区电阻大而导致导通压降大，远高于PIN结构二极管，失去优势，在反向时，随着电压增大，镜像力原因使得反向漏电变大，功耗增加;加入P+结的PIN二极管，正向导通时，在低电流密度下，肖特基结首先导通，导通压降低，在大电流密度时，P+结下的压降高于PN结的势皇，如0.7V时，PN结导通，P+结向漂移区注入空穴，漂移区电阻经过空穴的调制而变小，使整体压降变小。反向时，由于P+结扩展，可以在肖特基结下面形成屏蔽，避免肖特基势皇降低导致的漏电流增大。在反向恢复时，肖特基结提供了泄放通道，能够快速抽走过剩载流子，形成软快恢复特性。但P+结面积和肖特基结面积存在一个折衷关系，若肖特基结面积过大，反向时P+的屏蔽作用减弱，漏电流增大，正向压降变大;若肖特基结面积过小，即P+结间距窄，正向时注入到漂移区的过剩载流子增多，反向恢复时间变大。
[0005]如图2所示为本发明设计的新的结构。在(P+/N-结)+(肖特基结)+ (P+/N-结)结构基础上，增加了 P-/N-结，形成(P+/N-结)+ (肖特基结)+ (P-/N-结)+ (肖特基结)+(P+/N-结)结构。正向导通时，在低电流密度下，肖特基结首先导通，然后P-/N-导通，由于P-结浓度低，注入到漂移区(N-区)载流子少，恢复时间会快，导通压降保持低水平。在大电流密度时，P+结下的压降高于PN结的势皇时，P+N-结导通，P+结向漂移区注入大量空穴，漂移区电阻经过空穴的调制而变小，使整体压降变小。反向时，由于P+结和P-结都扩展，在肖特基结下面形成屏蔽，避免了肖特基势皇降低导致的漏电流增大。在反向恢复时，肖特基结提供了泄放通道，能快速抽走过剩载流子，形成软快恢复特性。
[0006]通常快恢复二极管在使用时，并不用在标称大电流密度下，如10安培功率二极管，正常只使用在2安培，只在有浪涌冲击时才应用在大电流下。如能做到在正常使用时，只有肖特基结和P-结导通，而P+结未导通，速度可以更快。设计P+和P-的浓度以及P+到P-的间距至关重要。
[0007]芯片保护终端结构可以采用场板、分压环、JTE、VLD等结构，如采用VLD结构，终端掺杂在本发明中是和P-区同时进行，如图3所示，则减少了工步，降低了成本。
[0008]P-区的浓度要尽可能低，但不能低于lE12/cm2，结合VLD终端的要求，本发明设定的P-区浓度在5E12?5E13/cm2，P+区的浓度要尽可能浓，保证P+/N结晚导通，本发明设定为P+区浓度大于1E14 /cm2; P+和P-区边间距5?35um。
[0009]外延或扩散的硅片可以采用多层结构，如N+/N/N-层，对软恢复特性有帮助。
[0010]本发明高压软快恢复二极管的制备方法，其步骤包括:N型外延片(或扩散片)一生长场氧Si02-光刻P-区一注入淡硼一推结一光刻P+区一注入浓硼一推结-光刻有源区一蒸发或派射势皇金属一娃化物形成一正面阳极电极金属一光刻金属一腐蚀金属一背面金属，所述的P-区浓度在5E12?5E13/cm2，P+区浓度大于1E14 /cm2; P+和P-区边间距5?35um0
[0011]有益效果(I)通过此方案制造的快恢复特性反向恢复时间降低了15%以上，软度也略有增加，漏电流保持一致，导通压降略大，但在可接受范围内；(2)本发明采用的VLD终端保护结构由于和P-区同时完成，减少了工步，降低了成本。
【附图说明】
[0012]
图1标准MPS结构二极管的示意图；
图2本发明多混合结构软快恢复二极管剖面示意图；
图3本发明的多混合结构的软快恢复二极管表面示意图。
【具体实施方式】
[0013]
以下通过具体实施例对本发明作进一步说明，但实施例并不限制本发明的保护范围。
[0014]0014 实施例
在硅外延片(N-区厚度45um)上生长氧化层lum，光刻P-区，注入Bll(lE13cm2)，推结(结深4um)，光刻P+区，注入Bll(2E15/cm2)，推结(6um)，光刻有源区，溅射金属Pt，450°C合金，去除Pt，蒸发金属AL，光刻腐蚀金属，背面减薄250um,蒸发TiNiAg金属，P+区和P-区都采用四方形，边间距为18um，VLD终端分三区，占空比分别为75%，50%，25%。
[0015]所得二极管反向截止(击穿)电压720￥，1^:301^，反向漏电流21^，￥?:1.7￥，软度1.1。
[0016]当然，本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，而并非作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对以上所述实施例的变化、变形都将落在本发明权利要求书的范围内。
【主权项】
1.在一种多混合结构的软快恢复二极管，其结构包括:在N-/N/N+型硅片上间隔地排列制造出高浓度的P+/N-结、肖特基结、低浓度的P-/N-结、肖特基结结构，减小了反向恢复时间。2.根据权利要求1所述的多混合结构二极管，其特征在于，在原MPS结构上，增加了P-/N-结构，设定的P-区浓度在5E12?5E13/cm2，P+区的浓度大于1E14 /cm2;P+和P-区边间距5?35um.3.一种多混合结构快恢复二极管的制备方法，其步骤包括:在硅N型外延片或扩散片上通过注入P型杂质方式先形成P-结和VLD保护终端，再通过注入或扩散浓P型杂质方式形成P+结，然后形成肖特基势皇层和金属电极层。4.根据权利要求3所述的二极管的制备方法，其特征在于，P-层和VLD终端是同时进行。
【文档编号】H01L21/329GK105826399SQ201610353299
【公开日】2016年8月3日
【申请日】2016年5月25日
【发明人】杨忠武
【申请人】上海安微电子有限公司