一種混合整流二極管及其制作方法技術

本發明專利技術公開了一種混合整流二極管及其制作方法，該二極管的有源區由若干個單胞并聯構成，所述單胞包括依次層疊設置的背面金屬層、N+襯底區、N-外延層、位于N-外延層內的P+有源區結、位于N-外延層上的正面金屬層；其特征在于，所述單胞還包括一絕緣層，所述絕緣層在所述N-外延層之上且在所述正面金屬層之下，并依次分段設置在所述P+有源區結的兩側且至少有一側與所述P+有源區結不相連接，位于所述絕緣層與所述P+有源區結不相連接處的所述正面金屬層與所述N-外延層接觸形成肖特基勢壘，用以實現使反向漏電流減小的作用。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及半導體器件制造
，更具體的說，涉及一種混合整流二極管及其制作方法。
技術介紹
功率整流器件作為功率半導體體系中最基本、最常用且不可或缺的一部分，以其在高壓直流輸電、電源和馬達等領域的重要作用而備受關注。整流器件作為交流到直流的轉換器件，要求單向導通特性，即正向導通時開啟電壓低，導通電阻小，而反向時阻斷電壓高，反向漏電小。目前，商用的功率二極管主要有PN二極管和肖特基勢壘二極管(SBD)兩大類。PN二極管和肖特基勢壘二極管是最常用的兩種功率整流器。肖特基二極管的I-V特性與PN結二極管非常類似，但電流成分不同。單極型的肖特基二極管比雙極型PN二極管有更快的開關速度，然而，肖特基二極管的反向漏電流大，擊穿電壓低，并不適合高壓應用。因此同時擁有SBD二極管快速導通特性和PN二極管耐高壓特性的器件是最好的選擇。B.J.Baliga等人于1984年提出了將PN二極管和SBD二極管結合在一起，即結勢壘肖特基二極管(JBS)，因此極大地拓展了肖特基勢壘二極管的應用前景。結勢壘肖特基(JBS)二極管選取了PN結二極管和SBD二極管的優點的同時摒棄了各自的不足，除了具有高耐壓、大電流、高頻特性好以及低導通壓降等特點外，還具有低開關損耗和抗過流過壓能力。但是當在JBS上施加反向壓降電場發生變化時，器件中的SBD的肖特基勢壘起主要作用，并且PN結之間形成耗盡區，由于PN結在硅表面相交的地方電場最強同時會在相交處產生漏電通道，因此形成了PN結表面漏電，肖特基勢壘受外加電壓的影響不能被形成的耗盡區完全屏蔽，從而無法有效地抑制肖特基勢壘的電場強度的降低，反向漏電流因此不能降低。
技術實現思路
本專利技術實施例提供一種混合整流二極管，增加了一層絕緣層，使得反向漏電流由于絕緣層的隔離作用而降低。為實現上述目的，本專利技術實施例提供了如下技術方案：一種混合整流二極管，該二極管的有源區由若干個單胞并聯構成，所述單胞包括依次層疊設置的背面金屬層、N+襯底區、N-外延層、位于N-外延層內的P+有源區結、位于N-外延層上的正面金屬層；所述單胞還包括一絕緣層，所述絕緣層在所述N-外延層之上且在所述正面金屬層之下，并依次分段設置在所述P+有源區結的兩側且至少有一側與所述P+有源區結不相連接，位于所述絕緣層與所述P+有源區結不相連接處的的所述正面金屬層與所述N-外延層接觸形成肖特基勢壘。其中，所述絕緣層在所述N-外延層之上且在所述正面金屬層之下，并依次分段設置在所述P+有源區結的兩側，包括：所述P+有源區結的兩側均不與所述絕緣層相連接。較佳地，所述絕緣層是二氧化硅層。所述正面金屬層包括能夠形成肖特基勢壘的第一金屬層和位于所述第一金屬層之上的用于封裝的第二金屬層。較佳地，所述第一金屬層是鈦，或者是鎳，或者是鉬，或者是鈦鎳鉬合金。基于上述混合整流二極管的結構，本專利技術還提供一種混合整流二極管的制作方法，包括：提供硅材料的N+半導體襯底；在所述N+半導體襯底上形成N-外延層；在N-外延層上淀積形成絕緣層；對所述絕緣層進行光刻工藝，形成與所述絕緣層不相連接的有源區結窗口；對所述有源區結窗口進行離子注入，形成P+有源區結；在所述P+有源區結和絕緣層之上淀積形成正面金屬層；對所述N+半導體襯底的底部淀積形成背面金屬層。進一步地，所述對該絕緣層進行光刻工藝，形成與絕緣層不相連接的有源區結窗口，包括:在所述絕緣層之上涂敷光刻膠，通過第一掩膜版刻蝕形成有源區結初始窗口之后再涂敷光刻膠，通過第二掩膜版形成有源區結窗口，所述有源區結窗口與所述絕緣層至少有一側不相連接。其中，所述絕緣層是二氧化硅層，是通過先生長一層硅酸乙酯后再進行低溫熱解工藝形成。進一步地，所述在所述有源區結和絕緣層之上淀積形成正面金屬層，具體為：在所述有源區結和絕緣層之上通過金屬濺射方法形成具有肖特基勢壘接觸的第一金屬層；在所述第一金屬層上通過金屬濺射方法形成一層用于封裝的第二金屬層。進一步地，所述第一金屬層是將鈦，或者是鎳，或者是鉬，或者是鈦鎳鉬合金與所述鈦、鎳、鉬的氮化物淀積后高溫快速退火形成。在本專利技術混合整流二極管結構中，所述絕緣層分段覆蓋在P+有源區結兩側的外延層之上，且所述絕緣層至少有一側和所述P+有源區結不相連接，這樣做的效果是一方面所述絕緣層與所述P+有源區結不相連接處的正面金屬層與所述N-外延層接觸形成肖特基勢壘，另一方面在整流二極管工作在反向壓降時，PN結在硅表面相交的地方電場最強，通過絕緣層的隔離作用避免在硅表面相交處產生漏電通道，進而減少表面漏電，進一步增強PN結的耗盡區將肖特基界面屏蔽于高場之外的作用，抑制了肖特基勢壘電場強度的降低效應，使反向漏電流大大減小。附圖說明為了更清楚地說明本專利技術實施例中的技術方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡要介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本專利技術的一些實施例，對于本領域的普通技術人員來講，在不付出創造性勞動性的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。圖1和圖2為本專利技術的一種混合整流二極管器件結構示意圖；圖3為本專利技術實施例中制作混合整流二極管器件的方法流程示意圖；圖4a至圖4f為本專利技術實施例公開的混合整流二極管器件的具體制作工藝流程示意圖。具體實施方式為了使本專利技術的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合附圖對本專利技術作進一步地詳細描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本專利技術一部份實施例，而不是全部的實施例。基于本專利技術中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其它實施例，都屬于本專利技術保護的范圍。本專利技術實施例一提出了一種混合整流二極管，其結構如圖1所示，圖1為該混合整流二極管的剖面圖，下面結合圖1和圖2對其結構組成進行詳細說明。一種混合整流二極管，該器件的有源區由若干個單胞并聯構成，所述單胞包括依次層疊設置的背面金屬層107、N+襯底區101、N-外延層102、位于N-外延層內102的P+有源區結104、位于N-外延層上的正面金屬層；所述單胞還包括一絕緣層103，所述絕緣層103在所述N-外延層102之上且在所述正面金屬層之下，并依次分段設置在所述P+有源區結104的兩側且至少有一側與所述P+有源區結104不相連接，位于所述絕緣層103與所述P+有源區結104不相連接處的的所述正面金屬層與所述N-外延層102接觸形成肖特基勢壘。其中，所述絕緣層103在所述N-外延層102之上且在所述正面金屬層之下，并依次分段設置在所述P+有源區結104的兩側且至少有一側與所述P+有源區結104不相連接，這種結構一方面絕緣層103之上的正面金屬層可以與N-外延層102接觸形成肖特基勢壘，另一方面在整流二極管工作在反向壓降時，通過絕緣層103的隔離作用減少PN結表面漏電，進一步增強PN結的耗盡區將肖特基界面屏蔽于高場之外的作用，抑制了肖特基勢壘降低效應，使反向漏電流大大減小。較佳地，所述絕緣層103在所述N-外延層102之上且在所述正面金屬層之下，并依次分段設置在所述P+有源區結104的兩側，包括：所述P+有源區結104的兩側均不與所述絕緣層103相連接。如圖2所示，因為二極管器件在反向壓降的時候，PN結會沿著PN結曲面耗盡，這種結構的PN結耗盡層可以更本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種混合整流二極管，該二極管的有源區由若干個單胞并聯構成，所述單胞包括依次層疊設置的背面金屬層、N+襯底區、N?外延層、位于N?外延層內的P+有源區結、位于N?外延層上的正面金屬層；其特征在于，所述單胞還包括一絕緣層，所述絕緣層在所述N?外延層之上且在所述正面金屬層之下，并依次分段設置在所述P+有源區結的兩側且至少有一側與所述P+有源區結不相連接，位于所述絕緣層與所述P+有源區結不相連接處的的所述正面金屬層與所述N?外延層接觸形成肖特基勢壘。

【技術特征摘要】
1.一種混合整流二極管，該二極管的有源區由若干個單胞并聯構成，所述單胞包括依次層疊設置的背面金屬層、N+襯底區、N-外延層、位于N-外延層內的P+有源區結、位于N-外延層上的正面金屬層；其特征在于，所述單胞還包括一絕緣層，所述絕緣層在所述N-外延層之上且在所述正面金屬層之下，并依次分段設置在所述P+有源區結的兩側且至少有一側與所述P+有源區結不相連接，位于所述絕緣層與所述P+有源區結不相連接處的的所述正面金屬層與所述N-外延層接觸形成肖特基勢壘。2.如權利要求1所述的混合整流二極管，其特征在于，所述絕緣層在所述N-外延層之上且在所述正面金屬層之下，并依次分段設置在所述P+有源區結的兩側，包括：所述P+有源區結的兩側均不與所述絕緣層相連接。3.如權利要求1或2任一權項所述的混合整流二極管，其特征在于，所述絕緣層是二氧化硅層。4.如權利要求1所述的混合整流二極管，其特征在于，所述正面金屬層包括能夠形成肖特基勢壘的第一金屬層和位于所述第一金屬層之上的用于封裝的第二金屬層。5.如權利要求4所述的混合整流二極管，其特征在于，所述第一金屬層是鈦，或者是鎳，或者是鉬，或者是鈦鎳鉬合金。6.一種混合整流二極管的制作方法，其特征在于：提供硅材料的N+半導體襯底；在所...

【專利技術屬性】
技術研發人員：姜春亮，蔡遠飛，何昌，
申請(專利權)人：北大方正集團有限公司，深圳方正微電子有限公司，
類型：發明
國別省市：北京;11