[发明专利]一种快恢复二极管的结构及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体设计及制造领域，特别涉及一种快恢复二极管的结构及其制造方法。

背景技术

FRD（快恢复二极管）具有工作频率高、导通压低等优点，广泛应用于功率控制电路，起续流或整流的作用。随着电力电子技术的发展，要求FRD具有更快的关断速度和更高的工作频率。

图1所示为传统的FRD的结构示意图。以PIN+型二极管的FRD为例，图1所示的FRD从下至上依次包括：阴极金属层101、阴极层102（N+区）、漂移区103（N-区）、阳极区104（P+区）和阳极金属层105。FRD的工作频率主要与关断时漂移区103存储的过剩载流子数量及存储时间有关。FRD关断时漂移区103的过剩载流子（空穴）会被抽出或者复合，最终全部消失，从而使FRD完全关断。目前主要是通过电子辐照、重金属掺杂、质子注入以及氦离子注入等工艺来控制缩短过剩载流子的寿命，从而减少关断时间，提高工作频率。

上述各种方法都有明显的缺陷：采用电子辐照能提高FRD的开关频率，但是辐照后的器件在高温下特性会出现退化；重金属掺杂在FRD中的浓度分布难以控制；质子注入和氦离子注入需要进行高能离子注入，成本高，工艺难度大，而且注入的深度也有限。此外，上述各种方法都会使得VF（voltage forward，正向电压）的负温度系数增大，不利于FRD的并联使用。

考虑众多因素，最简单易行的方法是直接制作低浓度的阳极区（P区），由于导通时注入到FRD内部漂移区（N-区）的空穴的浓度很低，从而使漂移区过剩载流子空穴浓度很低，故使FRD具有更快的关断速度，即更高的工作频率。但是，降低阳极区的浓度会导致阳极区（例如硅）和阳极金属层之间的欧姆接触变差，从而使VF升高，损耗增加。

为了减小阳极区和阳极金属层之间的接触电阻，在低浓度的P区上再形成高浓度的P+区，以形成良好的欧姆接触。但是由于载流子的扩散作用，当FRD导通时，该P+区内的大量空穴仍然能够通过扩散作用注入到漂移区，影响器件特性。为了减小P+区空穴的影响，当前的做法是在高浓度的P+区与低浓度的P区之间采用重离子注入形成高缺陷层，从而引入复合中心，使从P+区扩散来的空穴与从漂移区扩散来的电子尽快复合，以减少注入到漂移区内的空穴。但是，这一技术同样需要高能离子注入设备，成本高，工艺难度比较大。

发明内容

本发明的目的旨在至少解决上述技术缺陷之一，特别是提供一种FRD的结构及其制造方法，在不降低器件的工作频率的前提下，既能够改善阳极区和阳极金属层之间的欧姆接触，又不需要进行高能离子注入以形成复合中心，简化工艺，降低成本。

为达到上述目的，本发明一方面提供一种快恢复二极管的结构，包括：阴极金属层;形成在所述阴极金属层上的阴极区,所述阴极区具有第一导电类型；形成在所述阴极区上的漂移区，所述漂移区具有第一导电类型；形成在所述漂移区上的阳极区，所述阳极区具有第二导电类型，所述阳极区的掺杂浓度高于所述漂移区的掺杂浓度且低于所述阴极区的掺杂浓度；形成在所述阳极区上的导电层；和形成在所述导电层上的阳极金属层。

在本发明的一个实施例中，所述阴极区为重掺杂，所述漂移区为轻掺杂。

在本发明的一个实施例中，所述导电层的材料包括多晶硅、非晶硅。

在本发明的一个实施例中，所述阳极区的阳极区的掺杂浓度比所述漂移区的掺杂浓度高一至两个数量级。

在本发明的一个实施例中，所述导电层的厚度范围为0.01μm-0.2μm。

本发明另一方面提供一种快恢复二极管的制造方法，包括以下步骤：提供半导体衬底，所述半导体衬底为阴极区且具有第一导电类型；在所述半导体衬底的第一表面形成外延层，所述外延层具有第一导电类型；对所述外延层进行第二导电类型掺杂以在所述外延层的上部分形成阳极区，所述外延层的下部分为漂移区，所述阳极区具有第二导电类型，所述阳极区的掺杂浓度高于所述漂移区的掺杂浓度且低于所述阴极区的掺杂浓度；在所述阳极区上形成导电层；在所述导电层上形成阳极金属层；和在所述半导体衬底的第二表面形成阴极金属层。

在本发明的一个实施例中，所述阴极区为重掺杂，所述外延层为轻掺杂。

在本发明的一个实施例中，所述导电层的材料包括多晶硅、非晶硅。

在本发明的一个实施例中，所述阳极区的掺杂浓度比所述漂移区的掺杂浓度高一至两个数量级。

在本发明的一个实施例中，所述导电层的厚度范围为0.01μm-0.2μm。