[发明专利]一种FRD器件结构及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及集成电路制造领域的器件结构和制造方法，尤其涉及一种FRD结构及其制造方法。

背景技术

随着石油煤炭储备不停地减少，而人类的能源消耗却不断增加，节能成为二十一世纪人类的共识。据美国能源部估计，有三分之二的电力被用在马达驱动上。而使用IGBT和与之配套的FRD等功率器件可以使马达驱动节能20％～30％。可以预计，功率器件会在未来快速增长。

对于FRD(Fast recovery diode，快恢复二极管)功率器件，其反向恢复特性和正向导通压降都非常重要，正向导通压降高意味着能量转换效率低，反向恢复特性不好会降低使用频率，也可能会损坏模块中IGBT器件。对于高压和IGBT配套使用的FRD，改善反向恢复特性有几种方式：降低载流子寿命来改善反向恢复特性，降低空穴的注入效率，注入高能氢离子、氦离子等局部复合中心。然而，降低载流子寿命来改善反向恢复特性和降低空穴的注入效率的方法会增加正向导通的压降，注入高能氢离子、氦离子等局部复合中心的方法使用的设备非常昂贵，不利于工艺生产。

发明内容

本发明的要解决的技术问题是提供一种可以在不使用注入高能氢离子，氦离子情形下增加复合中心，以改善反向恢复特性的器件FRD结构。

为解决上述问题，本发明提供一种FRD器件结构，包括N型重掺杂层；N型掺杂层，位于所述N型重掺杂层上；以及P型掺杂区，位于所述N型掺杂层中；至少一个沟槽，位于所述P型掺杂区中，所述沟槽的深度小于所述P型掺杂区的厚度；绝缘层，形成于所述沟槽的侧壁上。

进一步的，FRD器件结构还包括保护环，位于所述N型掺杂层中，环绕所述P型掺杂区。

进一步的，所述绝缘层的材质为二氧化硅或氮氧化硅。

进一步的，所述绝缘层的厚度大于20纳米。

进一步的，所述沟槽的深度大于3微米，所述沟槽的宽度与所述P型掺杂区的宽度比大于2/3小于4/5。

进一步的，所述P型掺杂区的掺杂浓度为5E15/cm3～1E17/cm3。

本发明还提供一种FRD器件结构的制造方法，包括

提供一半导体基板，由下向上包括N型重掺杂层和N型掺杂层；

在所述N型掺杂层中形成P型掺杂区；

在所述P型掺杂区中形成至少一个沟槽，所述沟槽的深度小于所述P型掺杂区的厚度；

进行第一次氧化，以在所述沟槽的底面和侧壁上形成氧化层；

干法刻蚀去除位于沟槽底面的氧化层。

进一步的，在干法刻蚀去除位于沟槽底面的氧化层的步骤之后，还包括：进行第二次氧化，以增厚位于沟槽侧壁的氧化层；湿法刻蚀去除部分氧化层，暴露所述沟槽底部，以在所述沟槽的侧壁形成绝缘层。

进一步的，所述绝缘层的材质为二氧化硅或氮氧化硅。

进一步的，所述绝缘层的厚度大于20纳米。

进一步的，在所述N型掺杂层中形成P型掺杂区的步骤的同时，还包括形成保护环，位于所述N型掺杂层中，环绕所述P型掺杂区。

进一步的，在进行第一次氧化的步骤中，在所述沟槽的底面和侧壁上形成的氧化层的厚度大于15纳米。

进一步的，所述沟槽的深度大于3微米，所述沟槽的宽度与所述P型掺杂区的宽度比大于2/3小于4/5。

进一步的，所述P型掺杂区的掺杂浓度为5E15/cm3～1E17/cm3。

相比于现有技术，本发明所述FRD器件结构在FRD器件结构的沟槽侧壁上形成绝缘层，使所述绝缘层与P型掺杂区的表面复合作为复合中心，从而形成从P型掺杂区到绝缘层的复合途径，进而有效改善器件的反向恢复特性；并且由于沟槽侧壁上绝缘层的存在，使部分原本在P型掺杂区中经过复合途径到达P型掺杂区上表面的复合载流子被绝缘层被屏蔽，而在绝缘层表面进行复合，进一步提高了发射效率，改善通态压降，从而可以在不使用注入高能氢离子，氦离子情形下增加复合中心，改善反向恢复特性。

同时，通过控制P型掺杂区中沟槽底部的掺杂浓度，避免了载流子扩散长度急剧减小，避免载流子散射和俄歇复合效应，提高了P型掺杂区中沟槽底部区域的发射效率，补偿了沟槽因掺杂降低引起通态压降升高，同时，部分的载流子在到达P型掺杂区表面时在沟槽侧墙被复合，一样能改善通态压降，从而进一步改善正向压降。

此外，FRD器件结构的制作方法中，P型掺杂区的掺杂注入和保护环的掺杂注入是同时完成，相比于现有技术中的FRD结构的制作过程节省一步光刻过程，提高了FRD器件的制作效率。

附图说明