[发明专利]一种快恢复二极管及其制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种半导体器件及其制作方法，具体讲涉及一种快恢复二极管及其制作方法。

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。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种快恢复二极管及其制作方法，本发明在 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。

本发明的目的是采用下述技术方案实现的：

本发明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，用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推结形成P+ 区；所述P+区形成如下：

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。

进一步地，硼离子的注入剂量为1×10¹³～1×10¹⁵cm^-2。

进一步地，对所述局域寿命控制层进行局部寿命控制或全局寿命控制，来实现对二极管 正向压降的温度特性的调节，调节包括下述形式：①采用局域寿命控制配合电子辐照的控制 方式；②采用局域寿命控制配合掺铂的控制方式；③采用局域寿命控制配合电子辐照和扩铂 两种全局寿命控制方式。

本发明还提供一种快恢复二极管的制作方法，其改进之处在于，所述方法包括下述步骤：

A、初始氧化：在H2和O2的气氛、900℃-1100℃下，对清洗后的均匀掺杂的N型硅衬 底氧化1-10小时，在其表面生长8000-20000埃的氧化层；

B、形成有源区：在均匀掺杂的N型硅衬底上涂胶、曝光、显影、刻蚀和去胶形成有源 区窗口；

C、形成PN结：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℃、氮气气氛下推结形成 1-10um的P+区；

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，局域寿命控制层深度为5-7um；

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；

F、在有源区表面补注入浓硼：能量20-50千电子伏，注入剂量1e13cm-2～1e15cm-2， 于900℃下恒温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，光刻、刻蚀、去胶和合金形 成表面金属电极；