快恢复二极管及其制备方法与流程

1.本公开涉及半导体技术领域，具体地，涉及一种快恢复二极管及其制备方法。


背景技术：

2.为了提高快恢复二极管的关断软度，目前的局域寿命控制方式多采用高能氦注入或者氢注入的方式来实现，然而氦注入或氢注入所使用的离子注入机制造困难且价格昂贵，从而使工艺门槛和价格成本大大上升。


技术实现要素：

3.本公开的目的是提供一种快恢复二极管及其制备方法，能够大大降低工艺门槛和价格成本，而且还能够形成更有效的局域寿命控制，提升快恢复二极管的关断软度性能。
4.根据本公开的第一实施例，提供一种快恢复二极管，包括：第一导电类型半导体层，所述第一导电类型半导体层的上表面存在晶格失配；第二导电类型半导体层，所述第二导电类型半导体层位于所述第一导电类型半导体层的上表面，且与所述第一导电类型半导体层的上表面同形，而且，所述第二导电类型半导体层与所述第一导电类型半导体层相接触以形成pn结。
5.可选地，所述第一导电类型半导体层包括：第一导电类型衬底层；第一导电类型外延过渡层，其中，所述第一导电类型外延过渡层位于所述第一导电类型衬底层的上表面；第一导电类型外延层，其中，所述第一导电类型外延层位于所述第一导电类型外延过渡层的上表面，而且所述第一导电类型外延层的上表面存在所述晶格失配并与所述第二导电类型半导体层相接触。
6.可选地，所述第二导电类型半导体层是通过在所述第一导电类型外延层的上表面同形形成第一导电类型第二外延层并在所述第一导电类型第二外延层中进行第二导电类型离子的注入而形成的。
7.可选地，所述第一导电类型第二外延层的电阻率与所述第一导电类型外延层的电阻率相同。
8.可选地，所述pn结的结深接近于所述第二导电类型半导体层的厚度。
9.根据本公开的第二实施例，提供一种快恢复二极管的制备方法，包括：形成第一导电类型半导体层，所述第一导电类型半导体层的上表面存在晶格失配；在所述第一导电类型半导体层的上表面同形形成第二导电类型半导体层，其中，所述第二导电类型半导体层与所述第一导电类型半导体层相接触以形成pn结。
10.可选地，所述形成第一导电类型半导体层，包括：形成第一导电类型衬底层；在所述第一导电类型衬底层的上表面形成第一导电类型外延过渡层；在所述第一导电类型外延过渡层的上表面形成第一导电类型外延层，其中，所述第一导电类型外延层的上表面存在所述晶格失配并与所述第二导电类型半导体层相接触。
11.可选地，所述在所述第一导电类型外延过渡层的上表面形成第一导电类型外延
层，包括：在所述第一导电类型外延过渡层的上表面外延形成所述第一导电类型外延层；对所述第一导电类型外延层的上表面进行干法刻蚀，得到上表面存在所述晶格失配的所述第一导电类型外延层。
12.可选地，所述在所述第一导电类型半导体层的上表面同形形成第二导电类型半导体层，包括：在所述第一导电类型外延层的上表面同形形成第一导电类型第二外延层；以及在所述第一导电类型第二外延层中进行第二导电类型离子的注入来形成所述第二导电类型半导体层。
13.可选地，所述第一导电类型第二外延层的电阻率与所述第一导电类型外延层的电阻率相同。
14.可选地，所述pn结的结深接近于所述第二导电类型半导体层的厚度。
15.通过采用上述技术方案，由于第一导电类型半导体层的上表面存在晶格失配，而且第二导电类型半导体层位于第一导电类型半导体层的上表面且与第一导电类型半导体层的上表面同形，因此能够在整个第二导电类型半导体层中都形成复合中心，这产生了很强的复合中心效果，从而能形成更有效的局域寿命控制，提高了快恢复二极管的关断软度性能。
16.本公开的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
17.附图是用来提供对本公开的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本公开，但并不构成对本公开的限制。在附图中：
18.图1是根据本公开一种实施例的快恢复二极管的示意剖面图。
19.图2是根据本公开又一实施例的快恢复二极管的示意剖面图。
20.图3是根据本公开一种实施例的快恢复二极管的制备方法的流程图。
21.图4a-4e是根据本公开一种实施例的快恢复二极管的制备方法的剖面流程示意图。
具体实施方式
22.以下结合附图对本公开的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本公开，并不用于限制本公开。
23.局域寿命控制方式指的是，只在对减小tr(也即，关断过程中的电流恢复时间)最有效的很小的局部区域内(比如在电流流动方向上靠近pn结的地方)产生复合中心，以降低过剩载流子的寿命，从而加速在导通状态时积累于器件中的过剩载流子的复合。
24.图1是根据本公开一种实施例的快恢复二极管的示意剖面图。如图1所示，该快恢复二极管包括第一导电类型半导体层10和第二导电类型半导体层20。其中，第一导电类型半导体层10的上表面存在晶格失配。第二导电类型半导体层20位于第一导电类型半导体层10的上表面，且与第一导电类型半导体层10的上表面同形，而且，第二导电类型半导体层20与第一导电类型半导体层10相接触以形成pn结。
25.本公开中，术语“同形”指的是第二导电类型半导体层20的延伸形状与第一导电类型半导体层10的上表面的形状相同。这样，在第二导电类型半导体层20的、覆盖第一导电类
型半导体层10的晶格失配区域的部分中也会存在晶格失配，使得能够在整个厚度的第二导电类型半导体层20中都形成复合中心。
26.在本公开中，当第一导电类型半导体层10是n型时，第二导电类型半导体层20是p型。
27.通过采用上述技术方案，由于第一导电类型半导体层10的上表面存在晶格失配，而且第二导电类型半导体层20位于第一导电类型半导体层10的上表面且与第一导电类型半导体层10的上表面同形，因此能够在整个第二导电类型半导体层20中都形成复合中心，这产生了很强的复合中心效果，从而能形成更有效的局域寿命控制，提高了快恢复二极管的关断软度性能。
28.图2是根据本公开又一实施例的快恢复二极管的示意剖面图。如图2所示，第一导电类型半导体层10包括：第一导电类型衬底层10a；第一导电类型外延过渡层10b，其中，第一导电类型外延过渡层10b位于第一导电类型衬底层10a的上表面；第一导电类型外延层10c，其中，第一导电类型外延层10c位于第一导电类型外延过渡层10b的上表面，而且第一导电类型外延层10c的上表面存在晶格失配并与第二导电类型半导体层20相接触。
29.第一导电类型衬底层10a、第一导电类型外延过渡层10b和第一导电类型外延层10c的掺杂浓度以及厚度可以根据实际应用进行设置，本公开对此不作限制。以第一导电类型是n型为例，第一导电类型衬底层10a的掺杂浓度可以是1e18～1e19cm-3
，厚度可以是300μm～500μm；第一导电类型外延过渡层10b的掺杂浓度可以是5e14～1e17cm-3
，厚度可以是10μm～50μm；以及第一导电类型外延层10c的掺杂浓度可以是1e13～5e14cm-3
，厚度可以是10μm～150μm。
30.在图2的基础上，第二导电类型半导体层20可以是通过在第一导电类型外延层10c的上表面同形形成第一导电类型第二外延层并在第一导电类型第二外延层中进行第二导电类型离子的注入而形成的。其中，第一导电类型第二外延层的电阻率与第一导电类型外延层10c的电阻率相同，这样在后续的离子注入过程中就不需要对离子注入剂量进行调整，当然，电阻率不同也是可以的。以第二导电类型半导体层20是p型为例，可以在n型的第二外延层中注入硼离子或铝离子，注入剂量可以为例如2e12～5e13 cm-2
，然后在注入之后进行退火，就能够形成第二导电类型半导体层20。另外，所形成的pn结的结深可以接近于(例如略小于或略大于、或等于)第二导电类型半导体层20的厚度，这样，既不会影响快恢复二极管的耐压及漏电性能，又能够实现很好的局域寿命控制。
31.继续参考图2，快恢复二极管还包括正面金属层30和背面金属层40，其厚度可以根据实际应用进行设置。例如，正面金属层30的厚度可以为1μm～4μm，背面金属层40的厚度可以为1μm～2μm。
32.通过采用上述技术方案，由于第一导电类型半导体层10的上表面存在晶格失配，而且第二导电类型半导体层20位于第一导电类型半导体层10的上表面且与第一导电类型半导体层10的上表面同形，因此能够在整个第二导电类型半导体层20中都形成复合中心，这产生了很强的复合中心效果，从而能形成更有效的局域寿命控制，提高了快恢复二极管的关断软度性能。
33.图3是根据本公开一种实施例的快恢复二极管的制备方法的流程图。如图3所示，该方法包括：
34.在步骤s31中，形成第一导电类型半导体层10，第一导电类型半导体层10的上表面存在晶格失配；
35.在步骤s32中，在第一导电类型半导体层10的上表面同形形成第二导电类型半导体层20，其中，第二导电类型半导体层20与第一导电类型半导体层10相接触以形成pn结。
36.通过采用上述技术方案，由于第一导电类型半导体层的上表面存在晶格失配，而且第二导电类型半导体层位于第一导电类型半导体层的上表面且与第一导电类型半导体层的上表面同形，因此能够在整个第二导电类型半导体层中都形成复合中心，这产生了很强的复合中心效果，从而能形成更有效的局域寿命控制，提高了快恢复二极管的关断软度性能。
37.图4a-4e是根据本公开一种实施例的快恢复二极管的制备方法的剖面流程示意图。
38.首先，在图4a中，形成第一导电类型衬底层10a，在第一导电类型衬底层10a的上表面形成第一导电类型外延过渡层10b，在第一导电类型外延过渡层10b的上表面形成第一导电类型外延层10c，其中，第一导电类型外延层10c的上表面存在晶格失配。第一导电类型衬底层10a、第一导电类型外延过渡层10b和第一导电类型外延层10c共同构成了第一导电类型半导体层10。
39.第一导电类型衬底层10a的材料可以是sic、si等，本公开对此不作限制。
40.第一导电类型外延过渡层10b和第一导电类型外延层10c均可以采用外延工艺来制备，其材料可以是sic、si等。
41.第一导电类型衬底层10a、第一导电类型外延过渡层10b和第一导电类型外延层10c的掺杂浓度以及厚度可以根据实际应用进行设置，本公开对此不作限制。以第一导电类型是n型为例，第一导电类型衬底层10a的掺杂浓度可以是1e18～1e19cm-3
，厚度可以是300μm～500μm；第一导电类型外延过渡层10b的掺杂浓度可以是5e14～1e17cm-3
，厚度可以是10μm～50μm；以及第一导电类型外延层10c的掺杂浓度可以是1e13～5e14cm-3
，厚度可以是10μm～150μm。
42.然后，如图4b所示，对第一导电类型外延层10c的上表面进行干法刻蚀，得到上表面存在着晶格失配的第一导电类型外延层10c。
43.其中，可以例如将第一导电类型外延层10c干法刻蚀掉0.5μm～1μm。由于干法刻蚀会导致半导体层的表面产生缺陷，因此干法刻蚀后的第一导电类型外延层10c的上表面就会形成晶格失配。
44.然后，如图4c所示，在干法刻蚀后的第一导电类型外延层10c的上表面同形形成第一导电类型第二外延层50。
45.由于干法刻蚀后的第一导电类型外延层10c的上表面存在晶格失配，因此，同形形成的第一导电类型第二外延层50中同样也会存在着晶格失配，使得局域寿命控制区域覆盖整个第一导电类型第二外延层50区域，产生了更强的复合中心。
46.其中，第一导电类型第二外延层50的电阻率与第一导电类型外延层10c的电阻率相同，使得在后续的离子注入过程中就不需要对离子注入剂量进行调整，当然，电阻率不同也是可以的。这样，就形成了被用作局域寿命控制的区域，也即第一导电类型第二外延层50所在的区域。
47.第一导电类型第二外延层50的厚度可以根据实际应用进行设置，例如可以为2μm～10μm。
48.然后，如图4d所示，在第一导电类型第二外延层50中进行第二导电类型离子的注入来形成第二导电类型半导体层20。
49.以第一导电类型是n型、第二导电类型是p型为例，可以在n型的第二外延层50中注入例如b离子或者al离子，注入剂量可以为例如2e12～5e13cm-2
，并退火驱入，形成pn结，其中，局域寿命控制区域的深度可接近于，例如略小于也可略大于、也可等于pn结的结深，例如，如果局域寿命控制区域的深度为2μm～10μm，那么pn结的结深也可以为2μm～10μm。
50.然后，如图4e所示，在第二导电类型半导体层20的上表面形成正面金属层30，在第一导电类型衬底层10a的下表面形成背面金属层40，正面金属层30和背面金属层40的厚度可以根据实际应用进行设置。例如，正面金属层30的厚度可以为1μm～4μm，背面金属层40的厚度可以为1μm～2μm。
51.另外，在完成局域寿命控制区域的制备之后，还可以对快恢复二极管进行电子辐照，以实现全局寿命控制区域的制备。
52.通过采用上述技术方案，由于第一导电类型半导体层10的上表面存在晶格失配，而且第二导电类型半导体层20位于第一导电类型半导体层10的上表面且与第一导电类型半导体层10的上表面同形，因此能够在整个第二导电类型半导体层20中都形成复合中心，这产生了很强的复合中心效果，从而能形成更有效的局域寿命控制，提高了快恢复二极管的关断软度性能。
53.以上结合附图详细描述了本公开的优选实施方式，但是，本公开并不限于上述实施方式中的具体细节，在本公开的技术构思范围内，可以对本公开的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本公开的保护范围。
54.另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本公开对各种可能的组合方式不再另行说明。
55.此外，本公开的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本公开的思想，其同样应当视为本公开所公开的内容。