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CN104409519A - 一种具有浮岛结构的二极管 - Google Patents

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CN104409519A
CN104409519A CN201410635934.2A CN201410635934A CN104409519A CN 104409519 A CN104409519 A CN 104409519A CN 201410635934 A CN201410635934 A CN 201410635934A CN 104409519 A CN104409519 A CN 104409519A
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China
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diode
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floating island
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李泽宏
陈钱
刘永
伍济
郭绪阳
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University of Electronic Science and Technology of China
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University of Electronic Science and Technology of China
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    • H10D—INORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
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    • H10D62/106—Constructional design considerations for preventing surface leakage or controlling electric field concentration for increasing or controlling the breakdown voltage of reverse-biased devices by having particular doping profiles, shapes or arrangements of PN junctions; by having supplementary regions, e.g. junction termination extension [JTE]  having supplementary regions doped oppositely to or in rectifying contact with regions of the semiconductor bodies, e.g. guard rings with PN or Schottky junctions
    • H10D62/107—Buried supplementary regions, e.g. buried guard rings 

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  • Electrodes Of Semiconductors (AREA)

Abstract

本发明属于功率半导体器件技术领域，涉及一种具有浮岛结构的二极管。本发明的二极管，包括N型半导体衬底、位于N型半导体衬底底部的阴极、位于N型半导体衬底上层的N型半导体漂移区、位于N型半导体漂移区上层的栅氧化层和位于栅氧化层上层的阳极；所述栅氧化层和为沟槽栅结构，在沟槽两侧的栅氧化层之间设置有N型半导体区；其特征在于，在N型半导体漂移区中设置有多个包含有P型半导体掺杂区的掺杂区域形成浮岛结构。本发明的有益效果为，具有导通压降低、反向恢复时间短、温度特性好的优点。本发明尤其适用于沟槽型二极管。

Description

一种具有浮岛结构的二极管
技术领域
本发明属于功率半导体器件技术领域，具体涉及到一种利用积累层与P浮岛共同控制导电沟道的二极管。
背景技术
功率二极管广泛应用于现代电力电子电路中，诸如转换、控制、驱动等领域。常与晶体管(如IGBT、VDMOS等)一起使用，用以控制电流流向。
在高压应用领域，主要采用P+/N整流二极管，其反向漏电流较小。由于电导调制作用，即使在高压情况，其导通压降也较低。但由于载流子存储作用，其反向恢复时间较长，在高频领域应用受到限制。
在低压应用领域，主要采用肖特基二极管。肖特基二极管具有导通压降低，开关速度快，反向恢复时间短的优点。但肖特基势垒受到镜像力的影响，在反向耐压时漏电流大。此外，肖特基结温度稳定性差。在温度较高时，其反向漏电流迅速增加，容易出现热失控导致器件损坏。
影响功率二极管性能的两个重要参数，包括导通压降及反向恢复时间。导通压降决定了二极管正向导通损耗；而反向恢复时间决定了二极管开关损耗，并且极大影响了电路工作频率。为提高功率二极管性能，目前提出了大量改进结构。包括如图1所示的MPS(Merged PINSchottky),如图2所示的JBS(Junction Barrier Controlled Schottky),如图3所示的MBS(MOS Barrier Controlled Schottky)。这些结构，都利用肖特基结，以实现快恢复特性。同时为保护肖特基结，增加相应的保护势垒，抑制肖特基势垒降低，降低关态情况下的漏电流。但肖特基结在高温、反向偏压下的漏电流仍然大于常规PN结。并且，即使是肖特基结，肖特基势垒也在一定程度上增大了导通压降。
发明内容
本发明的目的，就是为了解决上述传统技术中存在的问题，提出一种积累层导电的新型二极管。它通过电子积累层，提高电子浓度，降低二极管正向导通压降，同时利用P型浮岛与N型漂移区形成的势垒，实现器件的正常阻断。
本发明的技术方案：如图4所示，一种具有浮岛结构的二极管，包括N型半导体衬底6、位于N型半导体衬底6底部的阴极7、位于N型半导体衬底6上层的N型半导体漂移区5、位于N型半导体漂移区5上层的栅氧化层2和位于栅氧化层2上层的阳极1；所述栅氧化层2和为沟槽栅结构，在沟槽两侧的栅氧化层2之间设置有N型半导体区3；其特征在于，在N型半导体漂移区5中设置有多个包含有P型半导体掺杂区4的掺杂区域形成浮岛结构。
具体的，在阳极1与N型半导体区3之间设置有第一重掺杂N型半导体区8。
具体的，在栅氧化层2与N型半导体漂移区5之间设置有第二重掺杂N型半导体区9。
具体的，所述浮岛结构为多层浮岛结构。
本发明的有益效果为：具有导通压降低、反向恢复时间短、温度特性好的优点；可应用于高压以及高频领域。
附图说明
图1是MPS结构示意图；
图2是JBS结构示意图；
图3是MBS结构示意图；
图4是实施例1的结构示意图；
图5是实施例2的结构示意图；
图6是实施例3的结构示意图；
图7是实施例4的结构示意图；
图8是实施例1的制造工艺流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述
本发明的二极管有阴极和阳极两个控制电极，没有栅电极结构。本发明的二极管在正向导通过程，不存在肖特基势垒，也不存在PN结内建电势。因此，正向导通压降极低。沟槽结构中，在正向导通过程中，在栅氧化层侧壁及下方形成积累层，增大了电子浓度，进一步降低了导通压降。反向阻断过程中，P型浮岛与N漂移区之间形成电子势垒，阻止电子流动，实现正常阻断能力。此外，P型浮岛在N漂移区形成多个PN结电场峰值，有利于实现高耐压及增大漂移区浓度
实施例1
如图4所示，本例包括阴极7，位于阴极7上层的是N型半导体衬底6、位于N型半导体衬底6上层的N型半导体漂移区5、位于N型半导体漂移区5上层的栅氧化层2和位于栅氧化层2上层的阳极1；所述栅氧化层2和沟槽型结构；在沟槽两侧的栅氧化层2之间设置有N型半导体区3；在N型半导体漂移区5中设置有多个包含有P型半导体掺杂区4的掺杂区域形成浮岛结构。
本例的工作原理为：
在阻断状态下，P型浮岛和N型半导体漂移区5形成内建电势，构成了一个电子势垒，阻止了电子由N型半导体区3流入N型半导体衬底6，以使器件能够承受高耐压；在导通状态下，电子可以直接通过P型浮岛之间的N型漂移区5。
实施例2
如图5所示，本例的结构为在实施例1的基础上在阳极1与N型半导体区3之间设置有第一重掺杂N型半导体区8，本例的工作原理与实施例1相同，可进一步降低欧姆接触电阻。
实施例3
如图6所示，本例的结构为在实施例2的基础上在阳极1与N型半导体区3之间设置有第二重掺杂N型半导体区9，本例的工作原理与实施例1相同，可进一步降低欧姆接触电阻。
实施例4
如图7所示，本例的结构为在实施例1的基础上将浮岛结构做为多层，可进一步提高器件的关断能力，提高P型浮岛性能。
以实施例1为例，本发明的二极管的制造工艺流程为：
如图8所示，首先在低电阻率的N+衬底上进行第一次外延生长N-漂移区，进行光刻及离子注入形成P型浮岛；然后再次外延生长N-漂移区，刻蚀，热氧化形成栅氧化层。最后淀积金属，形成阳极。
在实施过程中，可以根据实际具体情况，在基本结构不变的情况下，进行一定的变通设计。例如可以增加外延次数及离子注入次数，形成多层P型浮岛结构，如图7所示。可以在外延完成后，离子注入形成N+层，如图5所示；可以在沟槽刻蚀完成后，进行N+离子注入，如图6所示。

Claims (4)

1.一种具有浮岛结构的二极管，包括N型半导体衬底(6)、位于N型半导体衬底(6)底部的阴极(7)、位于N型半导体衬底(6)上层的N型半导体漂移区(5)、位于N型半导体漂移区(5)上层的栅氧化层(2)和位于栅氧化层(2)上层的阳极(1)；所述栅氧化层(2)为沟槽型结构，在沟槽两侧的栅氧化层(2)之间设置有N型半导体区(3)；其特征在于，在N型半导体漂移区(5)中设置有多个包含有P型半导体掺杂区(4)的掺杂区域形成浮岛结构。
2.根据权利要求1所述的一种具有浮岛结构的二极管，其特征在于，在阳极(1)与N型半导体区(3)之间设置有第一重掺杂N型半导体区(8)。
3.根据权利要求2所述的一种具有浮岛结构的二极管，其特征在于，在栅氧化层(2)与N型半导体漂移区(5)之间设置有第二重掺杂N型半导体区(9)。
4.根据权利要求1～3任意一项所述的一种具有浮岛结构的二极管，其特征在于，所述浮岛结构为多层浮岛结构。
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