[发明专利]高压快速恢复沟槽二极管

说明书

技术领域

本发明涉及半导体二极管。确切地说，本发明是关于基于高压沟槽的二极管。

背景技术

图1A表示二极管的反向恢复特性。一开始，二极管沿正向传导电流。一旦开始反向恢复，正向电流就开始降低，最终开始反向传导。反向电流在ta时间内持续增大，一直增大到反向恢复电流Irm为止。然后，在tb时间内，反向电流大致降低至0。这时二极管可以闭锁电流反向流动。ta和tb时间内的反向电流可以除去器件中建立起来的电荷，同时在正向状态下接通。曲线下方的阴影区表示需要除去的电荷的总量（反向恢复电流Qrr）。因此，为了减少所需的恢复时间，必须降低Irm和Qrr的值。然而，如果反向电流朝着反向恢复时间的后期降低得过快，那么偏离的电路电感可能会引起整个器件的电压增大。柔软值S测量的是tb/ta，有助于确定偏离电路电感是否会过大。一般来说，柔软值大于1.0的器件在反向恢复时，不会因偏离电路电感的问题对器件造成损伤。

二极管的Qrr主要受器件注入效率的影响。注入效率较高的二极管通常具有较高的Qrr。因此，尝试降低Qrr的原有技术主要在于降低注入效率。通过减少二极管中的载流子寿命，可以降低注入效率。确切地说，通过电子辐射、质子辐射、氦辐射和/或在二极管的硅中扩散金或铂等处理工艺，可以实现上述目的。然而，这些工艺也会导致二极管中的漏电流增大，并且在高温时反向恢复性能有所降低。

于2011年1月31日存档的美国专利申请号12/931,429（公开号2012193676A1）的专利，特此引用，其中提出了多种降低注入效率的可选方案。图1B表示这种二极管的一个示例。首先，对顶部P-层109进行轻掺杂。由于只有很少一部分电荷载流子可用，因此轻掺杂降低了器件顶部的注入效率。在顶部P-层109以下增加一个重掺杂N-势垒层108，可以进一步降低顶部的注入效率。此外，除去器件的半导体衬底，可以降低器件底部的注入效率。作为示例，通过背部研磨，可以除去半导体衬底。然而，顶部P-层109的掺杂浓度降低的程度受到穿通约束和接触金属112与顶部P-层109之间欧姆接触品质的限制。因此，有必要通过降低注入效率来改善反向恢复性能，同时保持与顶部P-层109之间良好的欧姆接触以及很低的漏电流。

发明内容

本发明通过降低注入效率来改善反向恢复性能，同时保持与顶部P-层之间良好的欧姆接触以及很低的漏电流。

一种沟槽二极管，包括：

一个第一导电类型的外延层；

一个第一导电类型的势垒层，其形成在外延层的顶面上方；

一个第二导电类型的顶层，其形成在势垒层的顶面上方；

一个或多个沟槽，其穿过顶层和势垒层，其特征在于，导电材料沉积在沟槽中，内衬沟槽的电介质材料在导电材料和沟槽的侧壁之间；

一个接触区，其形成在顶层的顶部，所述的接触区为第二导电类型，所述接触区的掺杂浓度大于所述顶层的掺杂浓度；

一个电浮动区，其形成在接触区下方，所述电浮动区为第一导电类型；以及

一个电极，用于接触接触区、顶层和导电材料。

所述势垒层的掺杂浓度大于外延层的掺杂浓度。

还包括一个缓冲层，其形成在外延层的底面以下，所述的缓冲层为第一导电类型。

欧姆接触层形成在所述缓冲层的底面上。

一部分所述的顶层将接触区一个或多个沟槽分隔开。

所述接触区以条形平行于一个或多个沟槽延伸。

所述接触区是独立的岛，形成在两个或多个沟槽之间。

所述独立岛形成在一个或多个沟槽中心，构成一个封闭式晶胞结构。

所述封闭式晶胞结构是一个方形结构。

所述封闭式晶胞结构是一个六角形结构。

所述接触区形成在一个或多个沟槽中的其中一个沟槽的邻近。

所述接触区以条形平行于一个或多个沟槽延伸。

所述接触区以条形垂直于一个或多个沟槽延伸。

所述第一导电类型为N-型，第二导电类型为P-型。

一种快速恢复沟槽二极管的制备方法，其特点是，该方法包括：

制备一个第一导电类型的外延层；

在外延层上方制备一个第一导电类型的势垒层，其中势垒层的掺杂浓度大于外延层的掺杂浓度；

在势垒层上方，制备一个第二导电类型的顶层；

制备一个或多个沟槽，至少穿过顶层和势垒层延伸；

在一个或多个沟槽中沉积导电材料，并用电介质材料内衬在沟槽的导电材料和沟槽的侧壁之间；