[发明专利]一种快速软恢复功率开关二极管及其制备方法

权利要求书

1.一种快速软恢复功率开关二极管，其特征在于，从下到上依次设置有阴极N⁺区（3）、耐压层和阳极P⁺区（1），所述的耐压层由复合结构成，所述的复合结是由L型N^-柱（2）和L型P^-柱（4）组合形成的长方体结构。

2.根据权利要求1所述的一种快速软恢复功率开关二极管，其特征在于，所述的复合结至少设置2个，所述的复合结沿横向排列。

3.根据权利要求1所述的一种快速软恢复功率开关二极管，其特征在于，所述的阳极P⁺区（1）和阴极N⁺区（4）的掺杂浓度均为1×10¹⁹cm^-3-5×10²²cm^-3。

4.根据权利要求1所述的一种快速软恢复功率开关二极管，其特征在于，所述的阳极P⁺区（1）和L型P^-柱（4）的掺杂剂为B离子，所述的L型N^-柱（2）和阴极N⁺区（3）的掺杂剂为P离子。

5.根据权利要求1所述的一种快速软恢复功率开关二极管，其特征在于，所述的复合结中的L型N^-柱和L型P^-柱的掺杂浓度均为7×10¹⁴cm^-3-6×10¹⁵cm^-3。

6.根据权利要求1所述的一种快速软恢复功率开关二极管，其特征在于，所述的耐压层的厚度为8μm～40μm，所述的L型N^-柱和L型P^-柱中的竖直部分的厚度均为8μm～40μm，所述的L型N^-柱和L型P^-柱中的横向部分的厚度均为4μm～20μm，所述的L型N^-柱和L型P^-柱的宽度相同，所述的阳极P⁺区（1）和阴极N⁺区（4）的厚度均为3μm～6μm。

7.一种快速软恢复功率开关二极管的制备方法，制备得到一种快速软恢复功率开关二极管，从下到上依次设置有阴极N⁺区（3）、耐压层和阳极P⁺区（1），所述的耐压层由多个复合结构成，所述的复合结沿横向排列，所述的复合结是由L型N^-柱（2）和L型P^-柱（4）组合形成的长方体结构，所述的阳极P⁺区（1）和阴极N⁺区（4）的掺杂浓度均为1×10¹⁹cm^-3-5×10²²cm^-3，所述的阳极P⁺区（1）和L型P^-柱（4）的掺杂剂为B离子，所述的L型N^-柱（2）和阴极N⁺区（3）的掺杂剂为P离子，所述的复合结中的L型N^-柱和L型P^-柱的掺杂浓度均为7×10¹⁴cm^-3-6×10¹⁵cm^-3，所述的耐压层的厚度为8μm～40μm，所述的L型N^-柱和L型P^-柱中的竖直部分的厚度均为8μm～40μm，所述的L型N^-柱和L型P^-柱中的横向部分的厚度均为4μm～20μm，所述的L型N^-柱和L型P^-柱的宽度相同，所述的阳极P⁺区（1）和阴极N⁺区（4）的厚度均为3μm～6μm，其特征在于，具体按照如下步骤实施：

步骤1、选取掺杂浓度为1×10¹⁹cm^-3-5×10²²cm^-3数量级的重掺杂衬底晶片，形成厚度为3-6μm阴极区（3）；

步骤2、采用外延技术，使用氢气作为还原剂，在1100-1300℃高温下四氯化硅被氢还原析出硅，外延时间为10-20min，形成厚度为4-20μm的本征硅区；

步骤3、氧化形成SiO₂，采用干-湿-干氧化法在硅片表面生长一层薄膜SiO₂，厚度为2-4μm；

步骤4、涂抹并刻蚀光刻胶，使得部分SiO₂表面裸露出来；

步骤5、刻蚀SiO₂露出需要进行离子注入的硅片表面区域；

步骤6、进行硼离子注入，剂量为2.95×10¹⁵cm^-2-3.06×10¹⁵cm^-2，注入能量为300-500Kev；

步骤7、刻蚀掉光刻胶和SiO₂掩蔽层；

步骤8、氧化形成SiO₂并涂抹刻蚀光刻胶，采用干-湿-干氧化法在硅片表面生长一层薄膜SiO₂，厚度为2-4μm；

步骤9、刻蚀SiO₂露出需要进行离子注入的硅片表面区域；

步骤10、进行磷离子注入，剂量为2.95×10¹⁵cm^-2-3.06×10¹⁵cm^-2，注入能量为300-500Kev；

步骤11、刻蚀掉光刻胶和SiO₂掩蔽层；

步骤12、外延本征层：使用氢气作为还原剂，在1100-1300℃高温下四氯化硅被氢还原析出硅，外延时间为10-20min，形成厚度为2-10μm的本征硅区；

步骤13、重复步骤3至步骤11，形成一半的耐压层；

步骤14、外延本征硅，使用氢气作为还原剂，在1100-1300℃高温下四氯化硅被氢还原析出硅，外延时间为10-20min，形成厚度为2-10μm的本征硅区；

步骤15、氧化形成SiO₂，采用干-湿-干氧化法在硅片表面生长一层薄膜SiO₂，厚度为2-4μm；

步骤16、涂抹并刻蚀光刻胶，使得部分SiO₂表面裸露出来；

步骤17、刻蚀SiO₂露出需要进行离子注入的硅片表面区域，并进行硼离子注入，剂量为2.95×10¹⁵cm^-2-3.06×10¹⁵cm^-2，注入能量为300-500Kev；

步骤18、刻蚀掉光刻胶和SiO₂掩蔽层；

步骤19、氧化形成SiO₂，采用干-湿-干氧化法在硅片表面生长一层薄膜SiO₂，厚度约为2-4μm；注意光刻胶的掩蔽范围；

步骤20、涂抹并刻蚀光刻胶，使得部分SiO₂表面裸露出来；

步骤21、刻蚀SiO₂露出需要进行离子注入的硅片表面区域；

步骤22、进行磷离子注入，剂量为2.95×10¹⁵cm^-2-3.06×10¹⁵cm^-2，注入能量为300-500Kev；

步骤23、刻蚀掉光刻胶和SiO₂掩蔽层；

步骤24、外延本征硅，使用氢气作为还原剂，在1100-1300℃高温下四氯化硅被氢还原析出硅，外延时间为10-20min，形成厚度为2-10μm的本征硅区；

步骤25、重复步骤14至步骤23，形成整个耐压层，该耐压层由多个复合结横向排列构成；

步骤26、外延形成阳极区：采用外延技术，使用氢气做稀释剂和气态的磷烷PH₃相混合，在1100-1300℃下，外延时间为10-20min，形成厚度为3-6μm，掺杂浓度为1×10¹⁹cm^-3-5×10²²cm^-3的阳极P⁺区（1）；

步骤27、蒸铝：双面蒸铝形成阴极和阳极欧姆接触，并做SiO₂钝化保护，经上述工艺步骤，最终形成复合结结构功率开关二极管。