CN103579364A - 一种新型平面型二极管器件 - Google Patents

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何敏
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Abstract

本发明公开了一种新型平面型二极管器件结构；本发明的二极管器件结构由沟道和漂移区构成；当二极管器件接反向偏压时，沟道相邻的掺杂区形成的夹断势垒和肖特基势垒共同阻断反向电流；当二极管器件接正向偏压时，沟道内的势垒和肖特基势垒被同时降低，允许电流通过，可调的沟道参数实现了相对低的开启电压；本发明适用于所有半导体材料的平面结构二极管器件。

Description

一种新型平面型二极管器件
技术领域
本发明涉及电力电子技术领域，涉及几乎所有应用场合下的电气设备，包括交流电机、变频器、开关电源、牵引传动等领域的一种新型二极管器件。
背景技术
作为重要的功率半导体器件，二极管器件主要包括基于PN结势垒和肖特基势垒两种。PN结势垒具有相对较高的势垒高度，反向泄漏电流低，但正向导通压降偏高，同时存在反向恢复电流的问题；而肖特基势垒具有良好的正向特性，不存在反向恢复电流的问题，但是在承受高的反向电场时，会受到势垒变低和隧穿效应的影响，导致反向泄露电流大大增加，对器件长期工作的可靠性产生了影响。如何同时优化并且平衡二极管器件的正反向特性是半导体器件设计的重要课题。
发明内容
本发明提出了新的平面型二极管结构，适用于所有半导体材料的二极管器件。相对于仅依靠肖特基势垒或者直接PN结势垒的二极管，本发明提出的二极管结构具有以下特点：
1.明显降低的泄漏电流。通过调节沟道掺杂和宽度，可以将反向泄漏电流明显降低。
2.可以调节的正向开启电压。随着沟道宽度和掺杂的改变，开启电压可以得到调节并大大降低。
3.良好的反向恢复特性。正向导通条件下为单极性工作，电流主要通过沟道流过，无明显少子注入现象，因此具有和肖特基二极管一样的无反向恢复电流的特点。
附图说明
图1是发明基于水平沟道的结构截面图；
图2是发明基于垂直沟道的结构截面图；
图3是发明基于倾斜型垂直沟道的结构截面图；
图4是与图1结构相对应的P型二极管例子的结构示意图。。
其中，
1、沟道，第一半导体类型；
2、重掺杂区，第二半导体类型；
3、漂移区，第一半导体类型；
4、表面RESURF结构层，第二半导体类型；
5、衬底，第二半导体类型；
6、肖特基接触界面，第一半导体类型；
7、阳极金属；
8、阴极金属；
9、欧姆接触层，第一半导体类型；
10、肖特基金属；
具体实施方案
实施例1
图1为本发明的一种新型平面二极管器件的结构截面图，结合图1予以详细说明。
如图1所示，一种新型结构的平面型二极管器件，包括：衬底5，其上方为漂移区3和沟道1；可以选择是否在漂移区3的表面增加RESURF结构层4；导电沟道1与漂移区3相连，并处在重掺杂区2和衬底5之间；肖特基金属材料10位于沟道1的终端表面，形成肖特基接触界面6；阳极金属7与重掺杂区2欧姆接触，并与肖特基金属10互连，为器件引出电极；阴极金属8通过欧姆接触层9与漂移区3相连，引出电极。
在本例中，第一半导体类型为N型半导体导电材料，第二半导体类型为P型半导体材料，因此构成N型二极管；其制造工艺包括如下步骤：
第一步，在P型衬底5上方按照漂移区的浓度设计外延生长产生需要的N型外延层；
第二步，在指定的沟道1所在位置按照沟道浓度掺入N型掺杂；
第三步，在器件表面利用离子注入或扩散方式在沟道位置掺入高浓度P型掺杂，以形成P型重掺杂区2，同时产生夹在P型掺杂区2和衬底5之间的沟道1；
第四步，根据设计需要，选择是否在沟道1相邻的漂移区上方表面继续掺入P型掺杂，产生表面RESURF结构层4；
第五步，漂移区3的终端表面采用离子注入或扩散方式掺入高浓度的N型掺杂，得到欧姆接触层9；
第六步，在与沟道1相连的器件一端淀积肖特基金属材料10，获得肖特基接触界面6；
第七步，分别在重掺杂区2和欧姆接触层9上方淀积金属，形成欧姆接触，获得需要的阳极金属7和阴极金属8，并使阳基金属7与肖特基金属互连，然后引出器件两端电极，如图1所示。
实施例2
图2为本发明的一种新型平面型二极管器件的结构截面图，结合图2予以详细说明。
如图2所示，一种新型平面型结构的二极管器件，包括：衬底5，其上方为漂移区3；导电沟道1位于漂移区3上方的台面中，并处在两块相邻的重掺杂区2之间；在沟道1表面为肖特基金属10，形成肖特基接触界面6；阳极金属7位于器件沟道1两侧，和重掺杂区2实现欧姆接触，并与肖特基金属10互连，为器件引出电极；可以选择是否在漂移区3上方增加表面RESURF结构层4；阴极金属8位于漂移区3的另一端，通过欧姆接触层9与漂移区3连接，引出电极。
在本例中，第一半导体类型为N型半导体导电材料，第二半导体类型为P型半导体材料，因此构成N型二极管；其制造工艺包括如下步骤：
第一步，在P型衬底5上方按照漂移区的浓度设计外延生长产生需要的N型外延层；
第二步，接着按照沟道浓度继续掺入N型掺杂，并通过刻蚀产生需要的台面结构；
第三步，在得到的台面两侧位置掺入高浓度P型掺杂形成P型重掺杂区2，同时产生夹在相邻P型掺杂区2之间的沟道1；
第四步，根据设计需要，选择是否在沟道1相邻的漂移区上方表面继续掺入P型掺杂，产生表面RESURF结构层4；
第五步，在漂移区3一端的表面采用离子注入或扩散方式掺入高浓度的N型掺杂，得到欧姆接触层9；
第六步，在沟道1表面淀积指定的肖特基金属10，形成肖特基接触界面6；
第七步，分别在重掺杂区2和欧姆接触层9上方淀积金属，形成欧姆接触，获得需要的阳极金属7和阴极金属8，同时令阳极金属7与肖特基金属10互连，然后引出器件两端电极，如图2所示。
图3是本发明的一种新型二极管器件的结构截面图，其结构在图2的基础上，在刻蚀步骤中采用倾斜型刻蚀的方式，从而得到倾斜的沟道1。
实施例3
上述图1至图3所展示的为N型二极管的结构截面图，其分别对应一种相应的P型二极管结构。此时第一半导体类型为P型半导体导电材料，第二半导体类型为N型半导体导电材料，同时将阳极金属和阴极金属的位置调换，即可获得对应的P型二极管，以图1所示的第一种二极管结构为例予以说明。
图4为本发明的一种新型平面型二极管器件的结构截面图，其结构与图1所展示的N型二极管结构相对应，结合图3予以详细说明。
如图4所示，一种新型平面型结构的二极管器件，包括：衬底5，其上方为漂移区3和沟道1；可以选择是否在漂移区3的表面增加RESURF结构层4；导电沟道1与漂移区3相连，并处在重掺杂区2和衬底5之间；肖特基金属10位于沟道1的终端表面，形成肖特基接触界面6；阴极金属8与重掺杂区2欧姆接触，并与肖特基金属10互连，为器件引出电极；阳极金属7通过欧姆接触层9与漂移区3相连，引出电极。
在本例中，第一半导体类型为P型半导体导电材料，第二半导体类型为N型半导体材料，因此构成P型二极管；其制造工艺包括如下步骤：
第一步，在N型衬底5上方按照漂移区的浓度设计外延生长产生需要的P型外延层；
第二步，在指定的沟道1所在位置按照沟道浓度掺入P型掺杂；
第三步，在器件表面利用离子注入或扩散方式在沟道位置掺入高浓度N型掺杂形成N型重掺杂区2，同时产生夹在N型掺杂区2和衬底5之间的沟道1；
第四步，根据设计需要，选择是否在沟道1相邻的漂移区上方表面继续掺入N型掺杂，产生表面RESURF结构层4；
第五步，在漂移区3终端的表面采用离子注入或扩散方式掺入高浓度的N型掺杂，得到欧姆接触层9；
第六步，在与沟道1相连的器件一端淀积指定的肖特基金属材料10，获得肖特基接触界面6；
第七步，分别在重掺杂区2和欧姆接触层9上方淀积金属，形成欧姆接触，获得需要的阳极金属7和阴极金属8，并使阴基金属8与肖特基金属10互连，然后引出器件两端电极，如图4所示。
图2和图3同理存在对应的P型二极管结构，不做赘述。
通过上述实例阐述了本发明，同时也可以采用其他实例予以实现，本发明不局限于上述具体实例，因此由所附权利要求范围限定。

Claims (5)

1.一种新型平面型二极管器件结构，其特征在于：包括：
沟道，由邻近的相应类型的掺杂区构成，同时形成所需的势垒高度，通过肖特基接触形成二极管一端；
漂移区，由半导体材料构成，与沟道相连，并通过欧姆接触获得二极管另一端。
2.如权利要求1所述的平面型二极管器件，其特征在于：所述二极管器件可以采用任意半导体材料，包括硅、碳化硅、氮化镓、金刚石等等。
3.如权利要求1所述的平面型二极管器件，其特征在于：所述二极管器件可以为P型二极管或N型二极管。
4.如权利要求1所述的平面型二极管器件，其特征在于：所述的半导体沟道，可以为垂直型、横向型、倾斜型结构，其中的掺杂可以为一致性掺杂或非一致性掺杂。
5.如权利要求1所述的二极管器件，其特征在于：所述的半导体漂移区，可以包含或不包含表面RESURF结构。
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