[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，其特点在于：从上到下依次设置有P⁺阳极区(1)、超结部分(2)、N^-层(3)和N⁺P⁺N⁺阴极区(4)。

2.根据权利要求1所述的快速软恢复功率开关二极管，其特点在于：所述的超结部分(2)为对半设置的N柱和P柱组成，N柱和P柱沿横向排列，超结部分(2)的N柱和P柱至少设置一对。

3.根据权利要求1所述的快速软恢复功率开关二极管，其特点在于：

所述的P⁺阳极区(1)的掺杂浓度为1×10¹⁹cm^-3-5×10²²cm^-3，掺杂剂为硼离子，厚度为3μm-6μm；

所述的超结部分(2)的掺杂浓度为8×10¹⁴cm^-3-6×10¹⁵cm^-3，厚度为10μm-80μm，P柱和N柱厚度均为10μm-80μm，掺杂剂为磷离子和硼离子；

所述的N^-层(3)的掺杂浓度为2×10¹⁴cm^-3-3×10¹⁵cm^-3，厚度为10μm-320μm，掺杂剂为磷离子；

所述的N⁺P⁺N⁺阴极区(4)的掺杂浓度为1×10¹⁹cm^-3-5×10²²cm^-3，其中N⁺部分掺杂剂为磷离子，厚度为3μm-6μm，P⁺部分掺杂剂为硼离子，P⁺柱高度为3μm-10μm；器件总宽度为20-200μm。

4.一种权利要求1-3任一快速软恢复功率开关二极管的制备方法，其特征在于，按照如下步骤实施：

步骤1、选取掺杂浓度均为2×10¹⁴cm^-3-3×10¹⁵cm^-3数量级的轻掺杂衬底晶片，厚度为20μm-400μm；

步骤2、采用外延方法，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20-120min，形成厚度为10μm-200μm的本征硅片；

步骤3、采用干-湿-干氧化法在本征硅片表面生长一层SiO₂薄膜，厚度为2-4μm；

步骤4、涂抹并刻蚀光刻胶，使得右半部分SiO₂表面裸露出来；

步骤5、刻蚀SiO₂露出需要进行离子注入的右半边硅片表面区域；

步骤6、进行硼离子注入；

步骤7、刻蚀掉剩余光刻胶和SiO₂掩蔽层；

步骤8、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，并涂抹刻蚀光刻胶；

步骤9、刻蚀SiO₂露出需要进行离子注入的左半边硅片表面区域；

步骤10、进行磷离子注入；

步骤11、刻蚀掉剩余光刻胶和SiO₂掩蔽层；

步骤12、进行硼离子注入形成阳极区；

步骤13、翻转器件；

步骤14、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15、涂抹并刻蚀光刻胶，使得与阴极P⁺柱宽度相等部分SiO₂表面裸露出来；

步骤16、刻蚀未被掩蔽的SiO₂区域，露出需要进行离子注入的硅片表面区域；

步骤17、进行硼离子注入；

步骤18、刻蚀掉剩余光刻胶和SiO₂掩蔽层；

步骤19、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20、涂抹并刻蚀光刻胶，使得剩余光刻胶覆盖对应阳极P⁺柱的上方部位；

步骤21、刻蚀未被光刻胶覆盖的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；

步骤23、刻蚀掉剩余光刻胶和SiO₂掩蔽层；

步骤24、蒸铝：双面蒸铝形成阴极和阳极欧姆接触，并做SiO₂钝化保护，最终形成具有阴极P⁺柱结构和超结结构的功率开关二极管。

5.根据权利要求4所述的快速软恢复功率开关二极管的制备方法，其特征在于，

所述的步骤6中硼离子注入，剂量为2.95×10¹¹cm^-2-3.06×10¹²cm^-2，注入能量为30-500Kev；

所述的步骤10中磷离子注入，剂量为2.95×10¹¹cm^-2-3.06×10¹²cm^-2，注入能量为30-500Kev；

所述的步骤12中硼离子注入，剂量为2.95×10¹⁵cm^-2-3.06×10¹⁵cm^-2，注入能量为30-500Kev；

所述的步骤17中硼离子注入，剂量为2.95×10¹⁵cm^-2-3.06×10¹⁵cm^-2，注入能量为300-500Kev；

所述的步骤22中磷离子注入，剂量为2.95×10¹⁵cm^-2-3.06×10¹⁵cm^-2，注入能量为300-500Kev。