快恢复二极管及其制作方法与流程

    专利查询2025-06-09  50


    本发明属于半导体领域,特别是涉及一种快恢复二极管及其制作方法。


    背景技术:

    1、在大功率快速开关应用中,新一代的功率开关器件向高频方向发展。快恢复二极管(fast recovery diode;frd)由于具有导通压降低、反向恢复损耗低等优势,在脉冲宽度调制(pwm)、开关电源、变频器等应用中承担高频整流、续流作用而获得广泛应用。

    2、frd正向导通时,p型阳极区中的空穴和n型阴极区中的电子分别注入漂移区,并在漂移区复合,产生电导调制效应,使得器件导通压降降低,但是空穴穿过漂移区流出,会使漂移区底部的电导调制效应被削弱;当向处于正向导通状态的frd施加反向电压时,在实现反向关断之前,需要将存留在漂移区的少数载流子完成抽走或复合,由此造成器件关断损耗高使得frd工作时会产生导通损耗和反向恢复损耗,二者存在折中关系。

    3、因此,提供一种快恢复二极管的改良结构及其制作方法。

    4、应该注意,上面对技术背景的介绍只是为了方便对本申请的技术方案进行清楚、完整的说明,并方便本领域技术人员的理解而阐述的。不能仅仅因为这些方案在本申请的背景技术部分进行了阐述而认为上述技术方案为本领域技术人员所公知。


    技术实现思路

    1、鉴于以上所述现有技术的缺点,本发明的目的在于提供一种快恢复二极管及其制作方法,用于解决现有的快恢复二极管中在降低导通损耗的情况下会使器件的开关损耗增加。

    2、为实现上述目的及其他相关目的,本发明提供一种快恢复二极管及其制作方法,包括:

    3、提供一衬底,所述衬底包括相对的第一主面和第二主面,自所述衬底的第一主面向内部依次形成有阳极区和漂移区,所述漂移区具有与所述阳极区相反的导电类型;

    4、覆盖所述阳极区形成阳极金属层;

    5、形成自所述衬底的第二主面向内部延伸的缓冲层,所述缓冲层具有与所述漂移区相同的导电类型;

    6、于所述衬底的第二主面形成钝化层,于所述钝化层中形成沿其厚度方向贯穿的开口;

    7、填充并覆盖所述开口形成阴极金属层,所述阴极金属层通过所述开口与所述缓冲层形成接触。

    8、可选地,所述钝化层的材质包括氧化物、氮化硅、硅磷玻璃、聚酰亚胺中的一种或上述的组合。

    9、可选地,形成所述阳极区的步骤,包括:向所述衬底的第一主面采用硼杂质进行离子注入,形成p型掺杂区。

    10、可选地,形成所述开口的步骤,包括:基于图形掩膜对所述钝化层进行刻蚀,形成贯穿所述钝化层的多个开口,所述开口的底部显露出所述衬底的第二主面;其中,所述开口的形状包括圆形、矩形、正多边形、环形中的至少一种。

    11、可选地,形成所述阳极金属层的步骤之前,包括:于所述p型掺杂区的表层形成p型重掺杂区。

    12、可选地,形成所述开口的步骤之后,包括:用金属电极材料填充所述开口并覆盖所述钝化层,形成阴极金属层,其中通过化学气相沉积工艺、物理气相沉积工艺、原子层沉积工艺中的一种沉积金属电极材料;于所述阴极金属层处进行合金化处理,以使所述阴极金属层与自所述开口显露的衬底表面形成欧姆接触。

    13、本发明还提供一种快恢复二极管,包括自上而下叠置的阳极金属层、阳极区、漂移区、缓冲层和阴极金属层,所述阳极金属层覆于所述阳极区之上,并且所述阳极金属层与所述阴极区电连接;所述阳极区具有与所述漂移区和所述缓冲层相反的导电类型,所述缓冲层与所述阴极金属层之间设置有钝化层,所述钝化层中设置有沿其厚度方向贯穿的开口;所述阴极金属层填充并覆盖所述开口,并且所述阴极金属层通过所述开口与所述缓冲层形成接触。

    14、可选地,贯穿所述钝化层形成有多个开口,所述开口的形状包括圆形、矩形、正多边形、环形中的至少一种。

    15、可选地,所述缓冲层邻接所述漂移区设置,所述缓冲层的掺杂浓度大于所述漂移区的掺杂浓度。

    16、可选地,所述阳极区包括p型掺杂区,所述p型掺杂区远离所述漂移区的表层设置有p型重掺杂区,用于与所述阳极金属层形成欧姆接触。

    17、如上所述,本发明的快恢复二极管及其制作方法,在形成阴极金属层之前形成钝化层,通过于钝化层中形成开口,引入局部电流阻挡层,利用开口限定漂移区靠近阴极侧的空穴流出路径,提升漂移区靠近阴极侧的载流子浓度,从而在不牺牲反向恢复时间的前提下降低正向导通压降,改善器件的导通损耗与反向恢复损耗之间的折中关系,优化器件性能。



    技术特征:

    1.一种快恢复二极管的制作方法,其特征在于,包括:

    2.根据权利要求1所述的制作方法,其特征在于:所述钝化层的材质包括氧化物、氮化硅、硅磷玻璃、聚酰亚胺中的一种或上述的组合。

    3.根据权利要求1所述的制作方法,其特征在于,形成所述阳极区的步骤,包括:向所述衬底的第一主面采用硼杂质进行离子注入,形成p型掺杂区。

    4.根据权利要求3所述的制作方法,其特征在于,形成所述开口的步骤,包括:基于图形掩膜对所述钝化层进行刻蚀,形成贯穿所述钝化层的多个开口,所述开口的底部显露出所述衬底的第二主面;其中,所述开口的形状包括圆形、矩形、正多边形、环形中的至少一种。

    5.根据权利要求3所述的制作方法,其特征在于,形成所述阳极金属层的步骤之前,包括:

    6.根据权利要求1或4所述的制作方法,其特征在于,形成所述开口的步骤之后,包括:用金属电极材料填充所述开口并覆盖所述钝化层,形成阴极金属层,其中通过化学气相沉积工艺、物理气相沉积工艺、原子层沉积工艺中的一种沉积金属电极材料;于所述阴极金属层处进行合金化处理,以使所述阴极金属层与自所述开口处显露的衬底表面形成欧姆接触。

    7.一种快恢复二极管,其特征在于,包括自上而下叠置的阳极金属层、阳极区、漂移区、缓冲层和阴极金属层,所述阳极金属层覆于所述阳极区之上,并且所述阳极金属层与所述阴极区电连接;所述阳极区具有与所述漂移区和所述缓冲层相反的导电类型,所述缓冲层与所述阴极金属层之间设置有局部电流阻挡层,所述局部电流阻挡层包括沿其厚度方向贯穿的开口;所述阴极金属层填充并覆盖所述开口,并且所述阴极金属层通过所述开口与所述缓冲层形成接触。

    8.根据权利要求7所述的快恢复二极管,其特征在于:贯穿所述钝化层形成有多个开口,所述开口的形状包括圆形、矩形、正多边形、环形中的至少一种。

    9.根据权利要求7所述的快恢复二极管,其特征在于:所述缓冲层邻接所述漂移区设置,并且所述缓冲层的掺杂浓度大于所述漂移区的掺杂浓度。

    10.根据权利要求7所述的快恢复二极管,其特征在于:所述阳极区包括p型掺杂区,所述p型掺杂区远离所述漂移区的表层设置有p型重掺杂区,用于与所述阳极金属层形成欧姆接触。


    技术总结
    本发明提供一种快恢复二极管及其制作方法,包括:提供一衬底,衬底包括相对的第一主面和第二主面,自衬底的第一主面向内部依次形成有阳极区和漂移区,漂移区具有与所述阳极区相反的导电类型;覆盖阳极区形成阳极金属层;形成自衬底的第二主面向内部延伸的缓冲层,缓冲层具有与漂移区相同的导电类型;于衬底的第二主面形成钝化层,于钝化层中形成沿其厚度方向贯穿的开口;填充并覆盖开口形成阴极金属层,阴极金属层通过开口与缓冲层形成接触。本发明通过在形成阴极金属层之前,形成钝化层以及于钝化层中形成开口,利用开口限定漂移区靠近阴极侧的空穴流出路径,改善器件的导通损耗与反向恢复损耗之间的折中关系,优化器件性能。

    技术研发人员:徐涛
    受保护的技术使用者:瑶芯微电子科技(上海)有限公司
    技术研发日:
    技术公布日:2024/11/26
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