CN204230250U - 一种快恢复二极管 - Google Patents
一种快恢复二极管 Download PDFInfo
- Publication number
- CN204230250U CN204230250U CN201420721966.XU CN201420721966U CN204230250U CN 204230250 U CN204230250 U CN 204230250U CN 201420721966 U CN201420721966 U CN 201420721966U CN 204230250 U CN204230250 U CN 204230250U
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- diode
- district
- substrate
- layer
- anode
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000011084 recovery Methods 0.000 title claims abstract description 26
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 34
- 238000002513 implantation Methods 0.000 claims abstract description 12
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 11
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 10
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 claims abstract description 10
- 229910052734 helium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 9
- 239000001307 helium Substances 0.000 claims abstract description 8
- SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N helium atom Chemical compound [He] SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 8
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 9
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims description 9
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 4
- 238000002347 injection Methods 0.000 claims description 2
- 239000007924 injection Substances 0.000 claims description 2
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 20
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 abstract description 10
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 abstract description 7
- 239000002019 doping agent Substances 0.000 abstract description 4
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 abstract description 2
- 238000000137 annealing Methods 0.000 description 7
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 description 7
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 6
- 229910001385 heavy metal Inorganic materials 0.000 description 6
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 5
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 4
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 4
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000002161 passivation Methods 0.000 description 4
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 3
- 230000000873 masking effect Effects 0.000 description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 description 3
- 238000001259 photo etching Methods 0.000 description 3
- 229920002120 photoresistant polymer Polymers 0.000 description 3
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N Palladium Chemical compound [Pd] KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000004411 aluminium Substances 0.000 description 2
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000000428 dust Substances 0.000 description 2
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 2
- 230000006798 recombination Effects 0.000 description 2
- 238000005215 recombination Methods 0.000 description 2
- YBJHBAHKTGYVGT-ZKWXMUAHSA-N (+)-Biotin Chemical compound N1C(=O)N[C@@H]2[C@H](CCCCC(=O)O)SC[C@@H]21 YBJHBAHKTGYVGT-ZKWXMUAHSA-N 0.000 description 1
- 238000004026 adhesive bonding Methods 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000012298 atmosphere Substances 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 230000007812 deficiency Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 1
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 1
- 239000007943 implant Substances 0.000 description 1
- 238000005468 ion implantation Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000012299 nitrogen atmosphere Substances 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 229910052763 palladium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 1
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- FEPMHVLSLDOMQC-UHFFFAOYSA-N virginiamycin-S1 Natural products CC1OC(=O)C(C=2C=CC=CC=2)NC(=O)C2CC(=O)CCN2C(=O)C(CC=2C=CC=CC=2)N(C)C(=O)C2CCCN2C(=O)C(CC)NC(=O)C1NC(=O)C1=NC=CC=C1O FEPMHVLSLDOMQC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000001039 wet etching Methods 0.000 description 1
Landscapes
- Thyristors (AREA)
Abstract
本实用新型涉及一种快恢复二极管，二极管包括衬底和P+区，所述P+区在衬底上形成，共同构成PN结，其中衬底为二极管的阴极，P+区为二极管阳极；在阳极P+区的表面注入氢或氦，形成局域寿命控制层；本实用新型的二极管恢复特性既快且软；由于局域寿命控制层的存在，器件不需要过多的全局复合中心，可以降低器件漏电，提高器件雪崩耐量；配合电子辐照与铂掺杂，可以实现正向压降温度系数微正的器件，利于并联；可以对器件阳极及阴极的结构及掺杂进行调整，利于提高器件的正向浪涌及动态雪崩能力。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种半导体器件，具体讲涉及一种快恢复二极管。
背景技术
电力系统要求器件高可靠，高寿命，比起消费和工业用FRD，要求关断快，软度因子足够大，抗浪涌电流和抗动态雪崩。快恢复二极管的反向恢复时间Trr由两部分构成，即Trr＝ta+tb，ta为存储时间，即空间电荷区建立时间，tb为复合时间，即在空间电荷区建立后，漂移区内多余的少数载流子复合掉的时间，软度因子S通常定义为tb/ta。目前，快恢复二极管器件主要采用电子辐照或重金属掺杂的方式来实现少子寿命控制，由于是全局寿命控制，ta和tb同时受少子寿命控制影响，在高频应用时，快恢复二极管反向恢复时的tb复合阶段，由于电流的快速变化，容易引起电压尖峰，严重时会导致器件反向击穿甚至损坏，因此器件的恢复特性需要软度足够大。
为了得到满足要求反向恢复时间的芯片，通常会提高电子辐照剂量或提高重金属退火温度。对于电子辐照方式，除了导致器件恢复特性变硬，还会导致反向漏电偏大，雪崩耐量变小的问题；而对于重金属金或铂，掺金方法由于漏电大只应用于600V以下器件，掺铂方式具有漏电小的优点，但其工艺存在控制难度大，提高退火温度易导致器件反型的风险。并且，铂复合中心的俘获系数随温度上升而降低，因此，器件呈现负温度系数，而电子辐照方式恰好相反，局域寿命方式变化则不明显。
实用新型内容
针对现有技术的不足，本实用新型的目的是提供一种快恢复二极管，本实用新型在影响器件反向恢复特性最有效的区域内通过注入氢或氦的方式来实现局域缺陷层，配合全局寿命方式电子辐照或重金属掺杂，可以得到更优参数的器件。
本实用新型的目的是采用下述技术方案实现的：
本实用新型提供一种快恢复二极管，所述二极管包括衬底和其上形成的P+区共同构成的PN结，其中衬底为二极管的阴极，P+区为二极管阳极；其特征在于，在阳极P+区的表面注入氢或氦，形成局域寿命控制层；
所述衬底为均匀掺杂的N型硅衬底，所述N型硅衬底包括依次分布的衬底N-层以及衬底N+层；在所述衬底N-层上生长有氧化层。
进一步地，所述注入氢或氦的注入深度为5-7um，有±0.5um注入能量偏差。
进一步地，在所述局域寿命控制层进行氢离子注入及电子辐照形成全局寿命控制区。
与现有技术比，本实用新型达到的有益效果是：
本实用新型提供的一种快恢复二极管，在影响器件反向恢复特性最有效的区域内通过注入氢或氦的方式来实现局域缺陷层(即局域寿命控制层)，配合全局寿命方式电子辐照或重金属掺杂，可以得到更优参数的器件。由此带来如下优点：一是恢复特性既快且软；二是由于局域缺陷层的存在，二极管器件不需要过多的全局复合中心，因此，可以降低器件漏电，提高器件雪崩耐量；三是局域缺陷层的存在，配合电子辐照与铂掺杂，可以实现正向压降温度系数微正的器件，利于并联；四是由于局域寿命区的存在，可以对器件阳极及阴极的结构及掺杂进行调整，利于提高器件的正向浪涌及动态雪崩能力。
附图说明
图1是本实用新型提供的衬底生长氧化层示意图；
图2是本实用新型提供的经过光刻刻蚀形成有源区窗口的结构图；
图3是本实用新型提供的经过注入推结后形成PN结的器件结构图；
图4是本实用新型提供的包含局域缺陷层的器件结构图；
图5是本实用新型提供的未经过寿命的器件纵向掺杂浓度分布图；
图6是本实用新型提供的经过局域及全局寿命控制的器件纵向掺杂浓度分布图；
其中：1.表示衬底N+层；2.表示衬底N-层；3.表示氧化层；4.表示p+区；5表示局域寿命控制层；6表示全局寿命控制区。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步的详细说明。
本实用新型提供一种快恢复二极管，所述二极管包括衬底和P+区，所述P+区在衬底上形成，共同构成PN结，其中衬底为二极管的阴极，P+区4为二极管阳极；在二极管完成阳极P+区4推结后，在阳极P+区4的表面注入氢和氦，形成局域寿命控制层，注入深度5-7um，考虑注入能量偏差，允许±0.5um偏差。
衬底为均匀掺杂的N型硅衬底，所述N型硅衬底包括从上到下依次分布的衬底N-层2以及衬底N+层1；在所述衬底N-层2上生长有氧化层。
通过光刻和刻蚀所述氧化层形成有源区窗口，在所述有源区窗口上进行推结形成P+区；所述P+区4形成如下：在有源区窗口生长氧化层作为掩蔽层，在掩蔽层注入硼离子，形成硼离子注入层，并在1200℃氮气气氛推结下形成5-10um的P+区。硼离子的注入剂量为1×1013～1×1015cm-2。
在正面金属电极前进行铂掺杂及退火，在器件背金后进行电子辐照及退火。由于铂掺杂及电子辐照形成的复合中心的俘获系数随温度呈现相反的变化，因此可以利用此特性对器件正向压降的温度特性进行调节，调节分为以下三种形式：一是采用局域寿命加电子辐照的方式，来实现器件正向压降温度特性微正；二是采用局域加掺铂的方式来进行控制；三是采用局域加电子辐照和扩铂两种全局寿命控制方式。可以根据不同的器件结构采用不同的控制方式。本实用新型还提供一种快恢复二极管的制作方法，以最复杂的中间电压等级芯片为例，具体步骤如下：
实施例
A、初始氧化：对均匀掺杂的N型硅衬底进行清洗后，通过H2和O2的气氛，在900℃-1100℃的温度范围内，1-10小时的氧化时间，在所述衬底硅片表面生长厚度8000-20000埃的氧化层3；如图1所示；
B、形成有源区：在均匀掺杂的N型硅衬底上通过涂胶，曝光，显影，刻蚀，去胶，形成有源区窗口；如图2所示；
C、形成PN结：为防止注入损伤，在有源区窗口上生长300-500埃氧化层作为掩蔽层，后续进行剂量为1e13cm-2～1e15cm-2的硼离子注入，形成硼离子注入层，并在1200℃氮气气氛下推结下形成1-10um的P+区；如图3所示；
D、形成局域寿命控制层：利用铝或光刻胶进行终端阻挡，在相同的有源区窗口注入H或He，退火形成局域寿命控制层5，局域寿命控制层深度为5-7um，有±0.5um的注入能量偏差；如图4所示；
E、进行电子辐照，重金属高温推结或H/He注入进行少子寿命控制；少子寿命控制针对不同的方式有不同的位置；
F、在有源区表面补注入浓硼，能量20-50千电子伏(Kev)，注入剂量1e13cm-2～1e15cm-2，通过900℃并持续1小时退火进行激活；
G、生成金属电极：在P区表面采用蒸发或者溅射金属铝，通过光刻，刻蚀，去胶和合金，形成表面金属电极；
H、表面钝化：通过SIN,SIO2，PI薄膜形成表面钝化，通过光刻，刻蚀形成发射极铝引线PAD区域；
I、使用电子辐照配合退火在全局寿命控制区6进行全局寿命控制，如图6所示。未经过寿命的器件纵向掺杂浓度分布图如图5所示。
在步骤E中少子寿命控制针对不同的方式有不同的位置，对于金属掺杂，上面的方式没有问题，对于电子辐照方式，可以在钝化层形成后进行，也可在钝化层形成前进行。
对于使用铂进行寿命控制，也可以采用其它金属，如金或钯。
本实用新型提供的快恢复二极管及其制作方法，其器件的反向恢复特性极快且软，降低电磁干扰EMI发生风险；降低器件漏电，有利于提高器件雪崩耐量；器件正向压降温度系数微正，利于并联；由于局域缺陷层(即局域寿命控制层)的存在，器件结构调整余量变大，利于提高器件浪涌电流及动态雪崩能力。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本实用新型进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员依然可以对本实用新型的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本实用新型精神和范围的任何修改或者等同替换，均在申请待批的本实用新型的权利要求保护范围之内。
Claims (3)
1.一种快恢复二极管，所述二极管包括衬底和其上形成的P+区共同构成的PN结，其中衬底为二极管的阴极，P+区为二极管阳极；其特征在于，在阳极P+区的表面注入氢或氦，形成局域寿命控制层；
所述衬底为均匀掺杂的N型硅衬底，所述N型硅衬底包括依次分布的衬底N-层以及衬底N+层；在所述衬底N-层上生长有氧化层。
2.如权利要求1所述的快恢复二极管，其特征在于，所述注入氢或氦的注入深度为5-7um，有±0.5um注入能量偏差。
3.如权利要求1所述的快恢复二极管，其特征在于，在所述局域寿命控制层进行氢离子注入及电子辐照形成全局寿命控制区。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201420721966.XU CN204230250U (zh) | 2014-11-26 | 2014-11-26 | 一种快恢复二极管 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201420721966.XU CN204230250U (zh) | 2014-11-26 | 2014-11-26 | 一种快恢复二极管 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN204230250U true CN204230250U (zh) | 2015-03-25 |
Family
ID=52928310
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201420721966.XU Active CN204230250U (zh) | 2014-11-26 | 2014-11-26 | 一种快恢复二极管 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN204230250U (zh) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105702746A (zh) * | 2014-11-26 | 2016-06-22 | 国家电网公司 | 一种快恢复二极管及其制作方法 |
| CN107516681A (zh) * | 2016-06-15 | 2017-12-26 | 全球能源互联网研究院有限公司 | 一种快速恢复二极管及其制造方法 |
| CN115939185A (zh) * | 2022-11-23 | 2023-04-07 | 扬州国宇电子有限公司 | 一种快恢复二极管芯片及其制备方法 |
-
2014
- 2014-11-26 CN CN201420721966.XU patent/CN204230250U/zh active Active
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105702746A (zh) * | 2014-11-26 | 2016-06-22 | 国家电网公司 | 一种快恢复二极管及其制作方法 |
| CN107516681A (zh) * | 2016-06-15 | 2017-12-26 | 全球能源互联网研究院有限公司 | 一种快速恢复二极管及其制造方法 |
| CN115939185A (zh) * | 2022-11-23 | 2023-04-07 | 扬州国宇电子有限公司 | 一种快恢复二极管芯片及其制备方法 |
| CN115939185B (zh) * | 2022-11-23 | 2024-03-08 | 扬州国宇电子有限公司 | 一种快恢复二极管芯片及其制备方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN102569067B (zh) | 一种平面高压超快软恢复二极管的制造方法 | |
| CN103618006B (zh) | 一种快恢复二极管及其制造方法 | |
| CN105702746A (zh) | 一种快恢复二极管及其制作方法 | |
| CN101540343B (zh) | 偏移场板结构的4H-SiC PiN/肖特基二极管及其制作方法 | |
| CN104241338B (zh) | 一种SiC金属氧化物半导体晶体管及其制作方法 | |
| CN106601826B (zh) | 一种快恢复二极管及其制作方法 | |
| CN101540283A (zh) | 场限环结构的4H-SiC PiN/肖特基二极管制作方法 | |
| CN113571415B (zh) | Igbt器件及其制作方法 | |
| CN204230250U (zh) | 一种快恢复二极管 | |
| CN109103247A (zh) | 半导体装置及其制造方法 | |
| CN101859703B (zh) | 低开启电压二极管的制备方法 | |
| CN204243050U (zh) | 一种快恢复二极管 | |
| US9837275B2 (en) | Fabrication method of fast recovery diode | |
| CN106298970A (zh) | 一种高压快速软恢复二极管及其制造方法 | |
| CN106611797A (zh) | 一种具有局域金属寿命控制的功率器件及其制作方法 | |
| CN105720107A (zh) | 一种快恢复二极管及其制造方法 | |
| CN203774332U (zh) | 一种igbt芯片 | |
| CN103872106B (zh) | 抗辐照双极器件及该器件的制备方法 | |
| CN103943671A (zh) | 一种功率半导体器件及其形成方法 | |
| CN107403727A (zh) | 一种快恢复二极管的制造方法及快恢复二极管 | |
| CN114300544A (zh) | 一种快恢复二极管及其制作方法 | |
| CN113053997B (zh) | 高压碳化硅器件的结终端扩展结构及其制造方法 | |
| CN107452623B (zh) | 一种快恢复二极管的制造方法及快恢复二极管 | |
| CN205177857U (zh) | 一种快恢复二极管 | |
| CN108010842A (zh) | 快恢复二极管的制作方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant |