[发明专利]一种沟槽型快恢复二极管及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种电力半导体器件及其制造方法，具体涉及一种沟槽型快恢复二极管及其制造方法。

背景技术

快恢复二极管具有开关特性好，反向恢复时间短的特点，主要应用于开关电源，PWM脉宽调制器,变频器等电子电路中，作为高频整流二极管，续流二极管，或阻尼二极管使用。

对于快恢复二极管来说,理想的反向耐压应该是PN结为平行平面结的情况，但由于存在如下的原因，导致反向耐压无法达到理想平行平面结的情况。平行平面部分的电场分布为一系列的平行线，而结终端处的电场分布与平行平面部分不同。因为PN结的两侧必须满足电中性要求，结面的弯曲导致了结面处电场的集中。因此弯曲处的电场强度就可以在较低的反向电压下达到击穿的临界电场强度，从而使PN结比理想的平行平面结提前发生击穿。所以结面弯曲常使击穿电压降低。

基于上面的原因，高压FRD半导体器件为了实现高击穿耐压,必须使用终端结构来减小表面电场和结弯曲处电场，使击穿耐压尽可能的接近平面结。一般分为平面型和台面型，平面型通过在主结边缘处设置一些延伸结构，这些延伸结构实际上起到将主结耗尽区向外展宽，从而降低表面的电场强度以提高击穿电压，例如场环，场板等，但是此类终端通常面积偏大，使得制造器件成本很高。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种沟槽型快恢复二极管，另一目的是提供一种沟槽型快恢复二极管的制造方法，本发明提供的沟槽型快恢复二极管，是通过湿法腐蚀去除PN结边缘弯曲处，消除PN结曲率导致的电场集中，通过三次光刻工艺即可实现包含钝化的、反向耐压接近平行平面结的高压二极管，具有制造方式简单，工艺要求低的特点。

本发明的目的是采用下述技术方案实现的：

本发明提供一种沟槽型快恢复二极管，所述快恢复二极管包括衬底和P区，所述P区在衬底上形成，共同构成PN结，其改进之处在于，在所述器件表面终端处对称设置有沟槽区，沟槽深度大于PN结深度，用于消除PN结终端电场弯曲的影响；

所述衬底为均匀掺杂的N型硅衬底，在所述衬底N-层上生长有氧化层。

进一步地，所述N型硅衬底采用由上到下依次分布的高阻层N-和衬底重掺N+层组成的外延片，或采用由高阻层N-组成的单晶片；

所述衬底N-层上生长的氧化层厚度为500-1000埃；

在所述氧化层通过物理或化学的方式淀积500-1000埃的氮化硅层。

进一步地，采用所述氧化层和氮化硅层作为掩蔽层，在N型硅衬底上设有硼离子注入层，硼离子注入剂量为1e13cm^-2～1e15cm^-2；所述在硼离子注入层1200℃氮气气氛下推结形成5-10um结深的P区。

进一步地，通过光刻刻蚀方式是选择性刻蚀掉器件终端区表面处PN结，使PN结接近平面型；所述沟槽区是由湿法硅形成的终端沟槽区，在沟槽区上生长有8000-15000埃的氧化层，用于沟槽区的钝化和保护。

进一步地，在所述终端沟槽区的表面上设置有金属电极。

本发明基于另一目的提供的一种沟槽型快恢复二极管的制造方法，其改进之处在于，所述方法包括下述步骤：

A、初始氧化：对均匀掺杂的N型硅衬底进行清洗后，使用900～1100℃通氧气的方式在硅片表面生长厚度为500-1000埃的氧化层，继续通过物理或化学方式淀积形成厚度为500-1000埃氮化硅；

B、沟槽形成：通过涂胶，曝光，显影，刻蚀，去除形成沟槽区域氮化硅；

C、场氧化：通过900℃～1100℃氢氧合成，形成厚度为8000-15000埃的氧化层，用于沟槽区钝化和保护；

D、PN结形成：利用步骤A所述的氧化层和氮化硅层作为注入掩蔽层，进行硼离子注入，注入剂量1e13cm-2～1e15cm-2，注入后通过140℃热磷酸去除注入掩蔽层，经过推结清洗后，在1200℃氮气气氛下进行推结形成结深5-10um的P区；

E、金属电极：蒸发或者溅射金属铝，通过光刻，刻蚀，去胶，合金，形成表面金属电极；

F、表面钝化：通过氮化硅，二氧化硅或聚酰亚胺表面钝化材料，结合光刻，刻蚀的方式形成表面钝化。

进一步地，所述步骤A中，所述N型硅衬底采用由上到下依次分布的高阻层N-和衬底重掺N+层组成的外延片，或采用由高阻层N-组成的单晶片。

进一步地，所述步骤B中，利用氮化硅的保护和阻挡，通过湿法腐蚀挖槽，实现槽型终端，并采用超声方式去除由于挖槽造成的表面边缘悬空的氮化硅。