[发明专利]改善高崩溃电压的半导体功率整流器电压突降的方法

说明书

本发明涉及一种半导体功率整流器，更确切地说，涉及一种可克服微缺陷对于元件操作影响，可避免电压突降问题，且改善高崩溃电压的半导体功率整流器电压突降的方法。

半导体功率整流器是一用途广泛的电子元件，也是构成电子电路的重要成分。一个良好的半导体功率整流器必须具有低导通电压(turn on voltage)、高切换速度和高崩溃电压(breakdown voltage)的特性，尤其是半导体功率整流器在作为电源供应器等的用途时，更需要具有高崩溃电压的功率整流器，以免在外接电源发生突发脉冰(surge)时，半导体功率整流器会有不正常的工作状况，使得由其供应电源的电路会产生故障。因此如何设计并制作出具有高崩溃电压的半导体功率整流器，就成为该项技艺的重要课题。

图1展示了一个现有的半导体功率整流器，其是在一个有高掺杂浓度(heavily doped)的n+型硅基材10上以磊晶方式成长一个具有较低掺杂浓度(lighthy doped)的n型杂质区域12，再用热扩散方式在n型杂质区域12的上方形成一个具有高掺杂浓度的P+型杂质区域14，最后分别在P+型杂质区域14上及n+型硅基材10之下分别蒸镀或沉积导体材料，以分别形成阳极或阴极(未以图示)，这样即可形成一个个有PN接面的半导体功率整流器。

在上述结构的半导体功率整流器中，为了避免雪崩式崩溃(avalanchebreakdown)的过早发生，即要避免在空乏区(depletion region)处会有过大的电场，造成载子的能量过高。所以在过去为了提高此元件的崩溃电压，一般采取的方式是避免在空乏区中会有过度集中的电场，例如可以设立飘浮场环(floating field ring)，或是场板(filed plate)，以避免电场会有过度的集中，进而提早发生崩溃。

但是在如图1所示的半导体功率整流器结构中，由于n型杂质区域12是以磊晶的方式成长在n+型硅基材10上，在其界面区上常有如差排(dislocation)之类的晶格缺陷所导致的微缺陷发生。如图2所示，在低伏特时(如450伏以下)，此界面处电场强度较小，尚不至于造成影响。但是在高伏特时(如超过450伏)，电场强度增加，使得此微缺陷无法抵挡如此高的电场，而导致逆向电压突降(snap down)的问题发生。

由于在元件发生电压突降后即告损坏，因此半导体功率整流器的操作电流也受到此因素的限制。换言之，即使有对于上述电场分散的设计，如无法克服此项因微缺陷导致的电压突降问题，元件就无法在逆向崩溃时，承受较高的逆向电流。

本发明的主要目的是提供一种改善高崩溃电压的半导体功率整流器装置，藉由消除晶格缺陷对于元件的影响，而防止电压突降问题，因此可制成高崩溃电压的半导体功率整流器。

为了达到上述发明目的，本发明提供一种改善高崩溃电压的半导体功率整流器电压突降的方法，其主要包含一个具有第一导电型的基材，一个具有第二导电型的磊晶层，一个具有第三导电型的杂质层，以及位于第一导电型基材及第二导电型磊晶层之间的一个隔绝层，该隔绝层的作用可以使微缺陷不致影响到半导体功率整流器的空乏区。

本发明的方法是这样实现的：包括有下列步骤：在一具有高浓度第一导电型的半导体基材上以磊晶方式形成一低浓度具有第二导电型的半导体磊晶层；在所述第二导电型半导体磊晶层，以热扩散方式形成一高浓度第三导电型的半导体杂质层；在所述第三导电型的半导体杂质层下形成有一空乏区；以及在所述第一导电型基材及第二导电型磊晶层之间形成一个或以上高浓度的隔绝层；该方法的特征是所述隔绝层可以使所述第一导电型的半导体基材上的微缺陷不致影响到此半导体功率整流器空乏区的展开。

其中所述半导体基材为硅基材。

其中所述第一导电型为P+型，且所述第二导电型为n型，以及第三导电型为P+型。

其中所述第一导电型为P+型，且所述第二导型为P型，以及第三导型为n+型。

其中所述隔绝层为P+或N+型的硅磊晶层，且其厚度大于1μm、电阻系数小于5.0Ω-cm。

其中所述高崩溃电压为450伏以上。

本发明提供一种改善高崩溃电压的半导体功率整流器电压突降的方法，藉由在半导体基材及磊晶层之间设立隔绝层，即可使半导体基材上的晶格微缺陷不致影响到磊晶层，因此可以避免逆向电压突降现象，进而使此半导体功率整流器即使在450伏以上的高崩溃电压下也可工作。

下面结合附图和一个较佳实施例进一步说明本发明。

图1是现在的半导体功率整流器的剖面图。

图2是一个硅基材与其上磊晶层界面处的电子显微镜图，证实微缺陷的存在。