[发明专利]一种反向恢复时间短的FRD二极管及制备方法

说明书

本发明公开了一种反向恢复时间短的FRD二极管及制备方法,包括N型硅衬底层(1)，N型硅衬底层(1)表面分布有若干沟槽(2)，沟槽(2)内侧设有P+衬底结构(3)，N型硅衬底层(1)的外部设有N型硅外延层(4)，N型硅外延层(4)的内侧将沟槽(2)完全填充。本发明通过在N型硅衬底层表面形成的沟槽和P+衬底结构的配合，能够有效提高FRD二极管的反向恢复时间和高温可靠性，并避免对产线造成的污染；同时，沟槽的设置还能够提高FRD二极管的电流密度，从而在提高性能的基础上弥补因工艺造成的正向导通压降增大问题，使本发明同时具有反向恢复时间短、无产线污染和正向导通压降小的特点。

技术领域

本发明涉及一种FRD二极管，特别是一种反向恢复时间短的FRD二极管及制备方法。

背景技术

传统的FRD材料是N型衬底材料上直接生长一层N型外延材料，形成制造FRD的原材料，然后通过光刻、刻蚀、注入和退火工艺形成整个半导体器件结构。而为了加快FRD二极管的反向恢复时间和提高FRD二极管的高温稳定性，目前的FRD二极管在成型后还会采取扩Pt或电子辐照工艺。其中经电子辐照工艺处理后的FRD二极管恢复时间为12～30ns，高温可靠性达到125℃；经扩Pt工艺处理后的FRD二极管则能达到恢复时间5～20ns，高温可靠性150℃。

但采取扩Pt工艺的缺陷在于，由于Pt属于重金属，会对半导体其他产品造成污染，从而限制了半导体产线加工其他产品的能力，通用性较差。而采用电子辐照工艺的改善效果由于在性能指标上均弱于扩Pt工艺，又无法满足厂家的性能需求，从而使两者处理工艺均存在一定的缺陷。

此外，由于FRD二极管的反向恢复时间和其正向导通压降是矛盾的关系，即反向恢复时间在缩短后会造成正向导通压降的增大，从而增加FRD二极管的整流损耗。这就使得扩Pt或电子辐照工艺处理会增加FRD二极管的正向导通压降，从另一方面降低了FRD二极管的性能指标。目前经扩Pt或电子辐照工艺处理后的FRD二极管的正向导通压降普遍为1.6～1.8V。

因此，现有的FRD二极管无法同时具有反向恢复时间短、无产线污染和正向导通压降大的特点。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种反向恢复时间短的FRD二极管及制备方法。它能够同时具有反向恢复时间短、无产线污染和正向导通压降小的特点。

本发明的技术方案：一种反向恢复时间短的FRD二极管，包括N型硅衬底层，N型硅衬底层表面分布有若干沟槽，沟槽内侧设有P+衬底结构，N型硅衬底层的外部设有N型硅外延层，N型硅外延层的内侧将沟槽完全填充。

前述的一种反向恢复时间短的FRD二极管中，所述沟槽包括底平面，底平面的四周设有倾斜的侧壁，侧壁的截面外形为V型，侧壁的斜度为45°。

前述的一种反向恢复时间短的FRD二极管中，所述底平面的深度为0.5um，所述沟槽的宽度为1～3um。

前述的一种反向恢复时间短的FRD二极管中，所述P+衬底结构的注入离子类型为B型，P+衬底结构的掺杂浓度为1E15～6E15，P+衬底结构的深度为0.8～1um，P+衬底结构的宽度大于沟槽宽度0.4～0.6um。

前述的一种反向恢复时间短的FRD二极管中，所述N型硅外延层的表面设有P-衬底结构，N型硅外延层的外部设有Ti/AL金属叠层；N型硅外延层和Ti/AL金属叠层在连接处部分填充有SiO2层。

前述的一种反向恢复时间短的FRD二极管的制备方法，包括以下步骤：

①在N型硅衬底层表面依次通过光刻和刻蚀工艺形成若干沟槽，得A品；

②对A品在沟槽位置依次进行光刻、刻蚀和注入工艺，形成P+衬底结构，得B品；

③在B品表面生长形成N型硅外延层，并使N型硅外延层将沟槽完全填充，得C品；