一种高压功率二极管制造技术

一种高压功率二极管，二极管纵向结构包括半导体本体区、终端钝化保护层以及阳极金属电极层、阴极金属电极层；半导体本体区是外延层区，通过注入形成pn结结构，实现正向导通和反向阻断；半导体本体区包括阳极阱区、重掺杂阳极区、阴极缓冲区、重掺杂阴极区、漂移区、终端掺杂区；终端钝化保护层位于终端掺杂区的上方；阳极金属电极层位于重掺杂阳极区上方，阴极金属电极层位于重掺杂阴极区下方，形成欧姆接触电极，并形成厚金属互联；在横向电阻区形成若干浅掺杂区，通过开孔与阳极金属层在垂直方向上形成电连接。通过优化浅掺杂区与金属之间的接触，以及浅掺杂区掺杂设计，实现对正向浪涌电流的分流，提高FRD浪涌能力，兼顾反向恢复特性。复特性。复特性。

【技术实现步骤摘要】
一种高压功率二极管


[0001]本专利技术涉及半导体
，具体涉及一种高压功率二极管。

技术介绍

[0002]高压功率器件是电能转化系统的核心器件。在实现整流逆变的回路中，不论是采用换流关断的晶闸管，还是采用有自关断能力的新型电力电子器件(如GTO，IGCT，IGBT等)，都需要一个与之反并联的快速功率二极管构成换流回路，实现续流工作，FRD的性能决定着装置损耗和工作稳定性，是电能转换的重要突破口。在应用电路中，FRD需要承受各种不稳定因素所带来的冲击，如电流过载、瞬态过压冲击等等，特别是电网系统中的直流短路器装置，其应用工况，需要FRD反复承受数十倍高浪涌电流而不发生失效。
[0003]现有技术中，芯片设计的角度往往通过增大载流子的注入，降低通态压降，提高FRD的抗正向浪涌电流能力。然而，增大了载流子的注入，意味着器件在反向恢复器件需要将更多的过程载流子抽取出去，这就造成了更高的反向电流峰值，对于桥式拓扑的应用系统，上桥FRD关断时的反向电流会叠加到下桥的IGBT开通时的电流峰值。因此，增大载流子注入的高浪涌FRD设计，不仅FRD承受的反向应力增大，还会导致系统其他器件应力增大。高压FRD器件由于其漂移区较宽，在高du/dt和高di/dt的应力条件下，漂移区所有的过剩载流子需要在短时间内抽取出去，往往造成器件电流丝失效。作为改善措施，往往在过渡区设计横向电阻区。然而，横向电阻区的设置会降低有源区的面积占比，不利于芯片承受高浪涌电流的冲击，另外，所有从横向电阻区抽取的电荷全部通过有源区边缘的欧姆接触位置导出，仍然存在电荷的聚集。

技术实现思路

[0004]为克服现有技术的不足，本专利技术提供了一种高压功率二极管，具体的，本专利技术的高压功率二极管是一种具有高浪涌能力，同时兼顾反向恢复特性的二极管。
[0005]本专利技术采用了如下的技术方案：
[0006]一种高压功率二极管，所述二极管纵向结构包括半导体本体区、终端钝化保护层以及阳极金属电极层、阴极金属电极层；
[0007]半导体本体区101是外延层区，通过注入形成pn结结构，实现正向导通和反向阻断；
[0008]半导体本体区101包括阳极阱区511、重掺杂阳极区512、阴极缓冲区133、重掺杂阴极区132、漂移区134、以及终端掺杂区；
[0009]终端钝化保护层102位于终端掺杂区的上方，用于阻挡可动离子或者沾污对终端电场的扰动；
[0010]阳极金属电极层520位于重掺杂阳极区512上方，形成欧姆接触电极，并形成厚金属互联；
[0011]阴极金属电极层530位于重掺杂阴极区132下方，形成欧姆接触电极，并形成厚金
属互联，用于支撑与封装形成电气连接。
[0012]进一步的，阳极阱区511位于芯片的中心区域；
[0013]重掺杂阳极区512位于阳极阱区511的上方，更靠近第一表面；
[0014]在半导体本体区的第二表面，向半导体本体区注入，形成阴极缓冲区133，重掺杂阴极区132位于阴极缓冲区133的下方，更靠近第二表面；
[0015]漂移区134位于阳极阱区511和阴极缓冲区133之间。
[0016]进一步的，终端钝化保护层102包括基础氧化硅钝化层1021、掺杂厚氧化硅钝化层1022、氮化硅钝化层1023以及聚酰亚胺钝化层1024；
[0017]基础氧化硅钝化层1021位于半导体本体区101的第一表面的上方，是通过氧化工艺或者通过APCVD或PECVD淀积形成一层SiO2层；
[0018]阳极阱区511与基础氧化硅终端钝化保护层1021重叠的部分称为横向电阻区；
[0019]掺杂厚氧化硅钝化层1022位于基础氧化硅钝化层1021的上方，由一层或者多层不同掺杂配比的成分组成；
[0020]氮化硅钝化层1023用于阻止环境中的水汽进入Si
‑
Si02界面扰动终端电场，避免在水汽的长期作用下，钝化层发生化学反应；
[0021]聚酰亚胺钝化层1024将高碳链有机胶状材料涂覆在芯片晶圆表面，通过加热分解，形成钝化层。
[0022]进一步的，二极管横向结构包括芯片有源区510、终端区190；
[0023]其中，终端区190包括过渡区192、终端场限环区191以及划片道区195；过渡区192是连接芯片有源区510和终端场限环区191的区域，是PN结从平行平面结开始转变为柱面结或者球面结的区域，这里的曲率半径最小，电场最集中；
[0024]划片道区195用于承载电场的终止，以及划片沾污的阻断；
[0025]过渡区192包括在横向电阻区形成若干浅掺杂区1922，以及通过在终端钝化层1021和1022开孔使得浅掺杂区1922和阳极金属层520在垂直方向上形成金属连接的金属条区1921。
[0026]进一步的，浅掺杂区1922设置在横向电阻区内，呈圆环状包围在有源区外侧，或设置成长条形状，在芯片四周的拐角区不进行设置。
[0027]进一步的，金属条区1921由两种金属体系构成，在浅掺杂区1922上方，终端钝化层1021和1022开孔内生成厚度为0.1～2um的第一层金属，然后再由阳极金属层520金属进行填充，形成第二层金属；或由一种金属体系构成，即由阳极金属层520金属进行填充。
[0028]进一步的，浅掺杂区1922和金属条区1921形成具有一定势垒高度的肖特基接触，或形成欧姆接触。
[0029]进一步的，阴极重掺杂区132与阳极金属层520形成欧姆接触。
[0030]与现有技术相比，本专利技术的技术方案能够实现如下有益的技术效果：
[0031]1.本专利技术的高坚固性的高压FRD，可以在高浪涌电流冲击下，通过过渡区结构的开启，扩大电流注入面积，降低电流密度峰值，从而提高FRD浪涌坚固性，具有高浪涌能力。
[0032]1)通过调整浅掺杂区与横向电阻区之间pn结J1结的空间电荷区边缘与金半接触的距离，达到控制大注入节点的目的。只在浪涌在一定程度的时刻才可实现大注入，以缓解浪涌条件下的电流集中，而不影响正常工况下的阻断能力。
[0033]2)通过优化浅掺杂区与金属条区的肖特基接触的势垒高度，以及浅掺杂区的电阻率，控制浪涌条件下掺杂区的注入效率，缓解元胞区的电流集中，提高芯片抗浪涌能力。
[0034]2.本专利技术可以在反向期间，通过过渡区结构的设置，增加过剩空穴抽取路径，有利于缓解浪涌反向恢复工况下，高dv/dt和di/dt应力下，抽取过剩空穴造成的电荷集中，从而有利于提高FRD反向恢复坚固性。
[0035]1)反向恢复期间，空穴在浅掺杂区下方聚集，当J1结结压降超过0.7V时，pn结导通。空穴扩散到浅掺杂区与金属条区形成的欧姆接触后，迅速被抽走，形成电流通路，缓解了反向抽取电荷的集中。同样，只有在浪涌反向恢复工况下，J1结结压降超过0.7V时，才发生导通，通过调整浅掺杂区的深度，调整空穴的扩散距离，调整空穴抽取效率，避免抽取电荷集中，并且不影响本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高压功率二极管，其特征在于，所述二极管纵向结构包括半导体本体区(101)、终端钝化保护层(102)以及阳极金属电极层(520)、阴极金属电极层(530)；半导体本体区(101)是外延层区，通过注入形成pn结结构，实现正向导通和反向阻断；半导体本体区(101)包括阳极阱区(511)、重掺杂阳极区(512)、阴极缓冲区(133)、重掺杂阴极区(132)、漂移区(134)、以及终端掺杂区；终端钝化保护层(102)位于终端掺杂区的上方，用于阻挡可动离子或者沾污对终端电场的扰动；阳极金属电极层(520)位于重掺杂阳极区(512)上方，形成欧姆接触电极，并形成厚金属互联；阴极金属电极层(530)位于重掺杂阴极区(132)下方，形成欧姆接触电极，并形成厚金属互联，用于支撑与封装形成电气连接。2.根据权利要求1所述的高压功率二极管，其特征在于，阳极阱区(511)位于芯片的中心区域；重掺杂阳极区(512)位于阳极阱区(511)的上方，更靠近第一表面；在半导体本体区的第二表面，向半导体本体区注入，形成阴极缓冲区(133)，重掺杂阴极区(132)位于阴极缓冲区(133)的下方，更靠近第二表面；漂移区(134)位于阳极阱区(511)和阴极缓冲区(133)之间。3.根据权利要求2所述的高压功率二极管，其特征在于，终端钝化保护层(102)包括基础氧化硅钝化层(1021)、掺杂厚氧化硅钝化层(1022)、氮化硅钝化层(1023)以及聚酰亚胺钝化层(1024)；基础氧化硅钝化层(1021)位于半导体本体区(101)的第一表面的上方，是通过氧化工艺或者通过APCVD或PECVD淀积形成一层SiO2层；阳极阱区(511)与基础氧化硅终端钝化保护层(1021)重叠的部分称为横向电阻区；掺杂厚氧化硅钝化层(1022)位于基础氧化硅钝化层(1021)的上方，由一层或者多层不同掺杂配比的成分组成；氮化硅钝化层(1023...

【专利技术属性】
技术研发人员：李翠，金锐，王耀华，和峰，刘江，刘钺杨，吴天逸，聂瑞芬，孙琬茹，田宝华，郝夏敏，李立，高明超，
申请(专利权)人：国网上海市电力公司国家电网有限公司，
类型：发明
国别省市：