一种超低VF软快恢复二极管转让专利
申请号 : CN202110241329.7
文献号 : CN112786708B
文献日 : 2022-03-08
发明人 : 李环伟 , 田旭 , 雷正龙 , 许冬梅 , 孙亚倩 , 卢昂
申请人 : 深圳吉华微特电子有限公司
摘要 :
本发明公开一种超低VF软快恢复二极管及其制造方法，该超低VF软快恢复二极管从上到下依次为：第一金属电极、氧化层、肖特基势垒、P+环和P‑阱、N‑高阻层、N+衬底层、第二金属电极，其中，所述肖特基势垒覆盖有源区的非P‑阱区，所述肖特基势垒占有源区面积的4/6‑5/6，所述P‑阱占有源区面积的1/6‑2/6。其通过将SBD二极管与PIN二极管相结合构成一新型的二极管，在PIN二极管的基础上，在有源区额外增加肖特基势垒的小岛，在有源区构成P‑阱区与肖特基势垒交替存在的并联结构，结合了SBD二极管和FRD(Fast Recovery Diode)二极管的优点，正向压降低且软快恢复参数优异。
权利要求 :
1.一种超低VF软快恢复二极管，其特征在于，从上至下依次为：第一金属电极、氧化层、肖特基势垒、P+环和P‑阱、N‑高阻层、N+衬底层、第二金属电极，其中，所述肖特基势垒覆盖有源区的非P‑阱区，所述肖特基势垒占有源区面积的4/6‑5/6，所述P‑阱占有源区面积的1/
6‑2/6；所述肖特基势垒中的势垒金属为NiPt合金，所述NiPt合金中Pt的含量为：5％～
95％，并且，Pt退火温度为800℃～950℃。
2.根据权利要求1所述的超低VF软快恢复二极管，其特征在于，所述P+环和P‑阱中掺杂杂质为硼。
3.根据权利要求1所述的超低VF软快恢复二极管，其特征在于，所述第一金属电极为正面金属电极，所述第二金属电极为背面金属电极，所述第一金属电极和所述第二金属电极均为多层金属结构，该多层金属结构至少包括一份：接触层、过渡层和电极金属层。
4.根据权利要求3所述的超低VF软快恢复二极管，其特征在于，所述第一金属电极的多层金属结构中，其接触层为Ti或V，过渡层为Ni，电极金属层为Al或Ag。
5.权利要求3所述的超低VF软快恢复二极管，其特征在于，所述第二金属电极的多层金属结构中，其接触层为Ti或V，过渡层为Ni，电极金属层为Ag。
6.根据权利要求1所述的超低VF软快恢复二极管，其特征在于，所述P‑阱为六边形或条形。
说明书 :
一种超低VF软快恢复二极管
技术领域
[0001] 本发明涉及软快恢复二极管技术领域，尤其涉及一种超低VF软快恢复二极管及其制造方法。
背景技术
[0002] 现有快恢复二极管是以PIN结构二极管为主，通过掺杂Pt、Au等重金属杂质或通过电子辐照，以实现调整反向恢复时间，实现快速恢复目的。按电压分类，目前主流设计及工
艺平台包括100V、200V、300V、400V、600V、 800V、1200V、1700V、3300V、4500V等十多个电压
平台。根据客户需求，按恢复速度一般可分为常规快恢复、超快恢复、极快恢复三类。现有快
恢复二极管设计及工艺平台，难以实现软快恢复与低正向压降的兼顾，通常需要在二种参
数之间进行选择，特别对于高压快恢复二极管产品来说，在实现软快恢复的同时，往往伴随
着超高的正向压降，或就是在实现低正向压降(VF)的同时，往往伴随着极大的反向恢复时
间。
艺平台包括100V、200V、300V、400V、600V、 800V、1200V、1700V、3300V、4500V等十多个电压
平台。根据客户需求，按恢复速度一般可分为常规快恢复、超快恢复、极快恢复三类。现有快
恢复二极管设计及工艺平台，难以实现软快恢复与低正向压降的兼顾，通常需要在二种参
数之间进行选择，特别对于高压快恢复二极管产品来说，在实现软快恢复的同时，往往伴随
着超高的正向压降，或就是在实现低正向压降(VF)的同时，往往伴随着极大的反向恢复时
间。
[0003] 而肖特基势垒(Schottky Barrier Diode，缩写成SBD)二极管，是以金属和半导体接触，形成肖特基势垒，实现单向导电功能的一类二极管。按电压分类，一般包括30V、45V、
60V、100V、150V、200V等六大电压平台。因肖特基势垒二极管为多子器件，没有少数载流子
的存储和复合效应，因此，一般肖特基势垒结反向恢复时间可忽略不计。根据不同客户不同
参数特性需求，可选择不同势垒金属。目前常见的肖特基势垒金属有Ti、Ni、 Cr、NiPt合金
等。肖特基势垒二极管，具有正向压降低、恢复时间极小的优点，但对于硅基SBD势垒来讲，
一般只限于200V及以下低压产品，难以实现非常高的反向电压，仅在低压电路中使用广泛。
且由于肖特基势垒原因，反向漏电流往往很大，特别是低势垒产品，还对于温度极其敏感，
高温漏电往往达到mA级别，这就限制了SBD二极管在电路中的使用。
60V、100V、150V、200V等六大电压平台。因肖特基势垒二极管为多子器件，没有少数载流子
的存储和复合效应，因此，一般肖特基势垒结反向恢复时间可忽略不计。根据不同客户不同
参数特性需求，可选择不同势垒金属。目前常见的肖特基势垒金属有Ti、Ni、 Cr、NiPt合金
等。肖特基势垒二极管，具有正向压降低、恢复时间极小的优点，但对于硅基SBD势垒来讲，
一般只限于200V及以下低压产品，难以实现非常高的反向电压，仅在低压电路中使用广泛。
且由于肖特基势垒原因，反向漏电流往往很大，特别是低势垒产品，还对于温度极其敏感，
高温漏电往往达到mA级别，这就限制了SBD二极管在电路中的使用。
[0004] 因此，开发一种兼顾软快恢复参数与超低正向压降参数的超低VF软快恢复二极管，是本领域技术人员亟待解决的技术问题。
发明内容
[0005] 为解决以上存在的技术问题，本发明提供一种超低VF软快恢复二极管及其制造方法。其通过将SBD二极管与PIN二极管相结合构成一新型的二极管，在PIN二极管的基础上，
在有源区额外增加肖特基势垒的小岛，在有源区构成P‑阱区与肖特基势垒交替存在的并联
结构，结合了SBD二极管和FRD(Fast Recovery Diode)二极管的优点，正向压降低且软快恢
复参数优异。
在有源区额外增加肖特基势垒的小岛，在有源区构成P‑阱区与肖特基势垒交替存在的并联
结构，结合了SBD二极管和FRD(Fast Recovery Diode)二极管的优点，正向压降低且软快恢
复参数优异。
[0006] 本发明的技术方案如下：本发明提供了一种超低VF软快恢复二极管，其从上至下依次为：第一金属电极、氧化层、肖特基势垒、P+环和P‑阱、 N‑高阻层、N+衬底层、第二金属
电极，其中，所述肖特基势垒覆盖有源区的非P‑阱区，所述肖特基势垒占有源区面积的4/6‑
5/6，所述P‑阱占有源区面积的1/6‑2/6。
电极，其中，所述肖特基势垒覆盖有源区的非P‑阱区，所述肖特基势垒占有源区面积的4/6‑
5/6，所述P‑阱占有源区面积的1/6‑2/6。
[0007] 进一步地，所述P+环和P‑阱中掺杂杂质为硼。
[0008] 进一步地，所述肖特基势垒中的势垒金属为NiPt合金，所述NiPt合金中Pt的含量为5％～95％。
[0009] 进一步地，所述第一金属电极为正面金属电极，所述第二金属电极为背面金属电极，所述第一金属电极和所述第二金属电极均为多层金属结构，该多层金属结构至少包括
一份：接触层、过渡层和电极金属层。
一份：接触层、过渡层和电极金属层。
[0010] 进一步地，所述第一金属电极的多层金属结构中，其接触层为Ti或V，过渡层为Ni，电极金属层为Al或Ag。
[0011] 进一步地，所述第二金属电极的多层金属结构中，其接触层为Ti或V，过渡层为Ni，电极金属层为Ag。
[0012] 进一步地，所述P‑阱为六边形或条形。
[0013] 本发明还提供一种以上所述的超低VF软快恢复二极管的制造方法，其包括以下步骤：
[0014] S10、提供一晶片，在衬底层上生成高阻层，在高阻层上通过高温热氧化形成氧化层；
[0015] S20、在氧化层及高阻层上进行光刻、刻蚀、注入、推结或退火，形成 P+环；
[0016] S30、在氧化层及高阻层上进行光刻、刻蚀、注入、推结或退火，形成有源区P‑阱；
[0017] S40、在有源区的非P‑阱区进行引线孔光刻、刻蚀、重金属溅射、退火、势垒金属淀积、合金，形成肖特基势垒；
[0018] S50、进行正面金属淀积、光刻、刻蚀，形成第一金属电极；
[0019] S60、进行背面减薄、背面处理、背面金属淀积，形成第二金属电极。
[0020] 进一步地，步骤S50中所述第一金属电极通过金属蒸发或溅射的方式形成，该第一金属电极的多层金属结构至少包括一份：接触层、Ni过渡层和电极金属层；步骤S60中所述
第二金属电极通过金属蒸发的方式形成第二金属电极的多层金属结构，该第二金属电极的
多层金属结构至少包括一份：接触层、过渡层和电极金属层。
第二金属电极通过金属蒸发的方式形成第二金属电极的多层金属结构，该第二金属电极的
多层金属结构至少包括一份：接触层、过渡层和电极金属层。
[0021] 进一步地，步骤S40中，所述重金属为纯Pt靶材，所述势垒金属为NiPt 合金，所述退火温度为800℃～950℃。
[0022] 采用上述方案，本发明提供一种超低VF软快恢复二极管及其制造方法，其具有以下有益效果：
[0023] (1)在PIN二极管的基础上，在有源区额外增加肖特基势垒的小岛，在有源区构成P‑阱区与肖特基势垒交替存在的并联结构，结合了SBD二极管和FRD二极管的优点，在传统
MPS结构低漏电基础上，大大降低了正向导通压降，实现了一种超低VF软快恢复二极管。
MPS结构低漏电基础上，大大降低了正向导通压降，实现了一种超低VF软快恢复二极管。
[0024] (2)二极管在使用过程中不再局限于反向恢复特性和正向压降的选择，弥补了高压快恢复二极管在使用中正向压降高的缺点。
[0025] (3)使芯片具有优秀的反向恢复特性，反向恢复时间小、反向恢复特性软。
[0026] (4)该超低VF软快恢复二极管的制造方法简单易实现，并可根据需要设置有源区P‑阱区尺寸、间距及势垒金属和退火温度等，以调节芯片的反向恢复特性和正向压降，适用
性强。
性强。
附图说明
[0027] 图1为本发明中在衬底层上生成高阻层的示意图。
[0028] 图2为本发明中形成氧化层和P+环的示意图。
[0029] 图3为本发明中形成有源区P‑阱的示意图。
[0030] 图4为本发明中在有源区非P‑阱区形成肖特基势垒的示意图。
[0031] 图5为本发明中形成第一金属电极的示意图。
[0032] 图6为本发明中形成第二金属电极的示意图。
[0033] 图7为本发明中P‑阱在有源区的平面排布示意图。
具体实施方式
[0034] 以下结合附图和具体实施例，对本发明进行详细说明。
[0035] 如图1‑6所示，为本发明的一种超低VF软快恢复二极管的形成示意图，可以看出，其从上到下依次为：第一金属电极10、氧化层20、肖特基势垒 30、P+环40和P‑阱50、N‑高阻
层60、N+衬底层70、第二金属电极80，其中，所述肖特基势垒30覆盖有源区的非P‑阱区，所述
肖特基势垒30占有源区面积的4/6‑5/6，所述P‑阱50占有源区面积的1/6‑2/6。该设置及面
积比例，在有源区除P‑阱50外，额外增加了肖特基势垒30形成的小岛，在有源区构成P‑阱50
与肖特基势垒30交替存在的并联结构，结合了SBD 二极管和FRD二极管的优点。当芯片承受
反向电压时，各单独PN结空间电荷区会扩展最后相连，这样就将肖特基区域屏蔽，不让其承
担反向电压，以此解决了肖特基势垒的耐压问题，从而使得芯片的反向耐压增大。而在施加
正向电压时，肖特基势垒先行导通，使芯片具有小的正向压降。由于肖特基势垒30的存在，
芯片在反向恢复过程中，载流子的抽取速度加快，使芯片具有优秀的反向恢复特性，反向恢
复时间小、反向恢复特性软。优选的，本实施例中所述P+环40和P‑阱50中掺杂杂质为硼，其
杂质源可以为硼系离子注入用特气，也可以是硼系的液态源或固态源。所述肖特基势垒30
中的势垒金属为NiPt合金，所述NiPt合金中Pt的含量为5％～95％，该配比与正向压降和反
向恢复特性具有调节关系，可根据器件正向压降目标要求进行适当调整，经发明人多次实
验，该配比范围下，配合Pt退火温度，可使得最终二极管的正向压降较小，且反向恢复特性
较软。
层60、N+衬底层70、第二金属电极80，其中，所述肖特基势垒30覆盖有源区的非P‑阱区，所述
肖特基势垒30占有源区面积的4/6‑5/6，所述P‑阱50占有源区面积的1/6‑2/6。该设置及面
积比例，在有源区除P‑阱50外，额外增加了肖特基势垒30形成的小岛，在有源区构成P‑阱50
与肖特基势垒30交替存在的并联结构，结合了SBD 二极管和FRD二极管的优点。当芯片承受
反向电压时，各单独PN结空间电荷区会扩展最后相连，这样就将肖特基区域屏蔽，不让其承
担反向电压，以此解决了肖特基势垒的耐压问题，从而使得芯片的反向耐压增大。而在施加
正向电压时，肖特基势垒先行导通，使芯片具有小的正向压降。由于肖特基势垒30的存在，
芯片在反向恢复过程中，载流子的抽取速度加快，使芯片具有优秀的反向恢复特性，反向恢
复时间小、反向恢复特性软。优选的，本实施例中所述P+环40和P‑阱50中掺杂杂质为硼，其
杂质源可以为硼系离子注入用特气，也可以是硼系的液态源或固态源。所述肖特基势垒30
中的势垒金属为NiPt合金，所述NiPt合金中Pt的含量为5％～95％，该配比与正向压降和反
向恢复特性具有调节关系，可根据器件正向压降目标要求进行适当调整，经发明人多次实
验，该配比范围下，配合Pt退火温度，可使得最终二极管的正向压降较小，且反向恢复特性
较软。
[0036] 另外，值得一提的是，所述第一金属电极10为正面金属电极，所述第二金属电极80为背面金属电极，所述第一金属电极10和所述第二金属电极80均为多层金属结构，其至少
包括一层：接触层、过渡层和电极金属层。所述第一金属电极10的多层金属结构中，其接触
层为Ti或V，过渡层为 Ni，电极金属层为Al或Ag。所述第二金属电极80的多层金属结构中，
其接触层为Ti或V，作用为保证欧姆接触。过渡层为Ni，电极金属层为Ag，作用为保护接触层
及过渡层的金属，及保证封装焊接的可靠性。
包括一层：接触层、过渡层和电极金属层。所述第一金属电极10的多层金属结构中，其接触
层为Ti或V，过渡层为 Ni，电极金属层为Al或Ag。所述第二金属电极80的多层金属结构中，
其接触层为Ti或V，作用为保证欧姆接触。过渡层为Ni，电极金属层为Ag，作用为保护接触层
及过渡层的金属，及保证封装焊接的可靠性。
[0037] 如图7所示，本实施例中，所述P‑阱为六边形结构，可以预见的，也可以为便于实现的其他形状，如条形等。
[0038] 本发明还提供一种超低VF软快恢复二极管的制造方法，其包括以下步骤：
[0039] S10、提供一晶片，在衬底层70上生成高阻层60，在高阻层60上通过高温热氧化形成氧化层20；
[0040] S20、在氧化层20及高阻层60上进行光刻、刻蚀、注入、推结或退火，形成P+环40；可根据需求，采用现有技术可以实现的P+环40的结构及工艺。
[0041] S30、在氧化层及高阻层上进行光刻、刻蚀、注入、推结或退火，形成有源区P‑阱50 ；该P‑阱50 在有源区的平面排布示意图如图7所示，所述 P‑阱50 为六边形结构。可以预见
的，根据不同的电压平台，所述P‑阱50 的尺寸、间距以及结深有所区别，均应属于本发明的
保护范围。
的，根据不同的电压平台，所述P‑阱50 的尺寸、间距以及结深有所区别，均应属于本发明的
保护范围。
[0042] S40、在有源区的非P‑阱区进行引线孔光刻、刻蚀、重金属溅射、退火、势垒金属淀积、合金，形成肖特基势垒30；本步骤中的重金属采用纯Pt靶材，势垒金属采用NiPt合金势
垒，通过溅射NiPt合金及势垒合金工艺，形成肖特基势垒层，并通过势垒区NiPt合金配比及
Pt退火温度调整正向压降与反向恢复特性间的关系，本实施例中NiPt中Pt的含量为5％～
95％，Pt 退火温度为800℃～950℃。达到了较小的正向压降和反向恢复特性较软的优异效
果。可以预见的，也可以根据器件VF目标，调整NiPt配比。
垒，通过溅射NiPt合金及势垒合金工艺，形成肖特基势垒层，并通过势垒区NiPt合金配比及
Pt退火温度调整正向压降与反向恢复特性间的关系，本实施例中NiPt中Pt的含量为5％～
95％，Pt 退火温度为800℃～950℃。达到了较小的正向压降和反向恢复特性较软的优异效
果。可以预见的，也可以根据器件VF目标，调整NiPt配比。
[0043] S50、进行正面金属淀积、光刻、刻蚀，形成第一金属电极10；该步骤中所述第一金属电极10通过金属蒸发的方式形成第一金属电极10的多层金属结构，其至少包括一份：接
触层、过渡层和电极金属层。其中，该接触层为Ti或V接触层，该过渡层为Ni过渡层，该电极
金属层为Al或Ag 电极金属层。
触层、过渡层和电极金属层。其中，该接触层为Ti或V接触层，该过渡层为Ni过渡层，该电极
金属层为Al或Ag 电极金属层。
[0044] S60、进行背面减薄、背面处理、背面金属淀积，形成第二金属电极80，该步骤中，所述第二金属电极80通过金属蒸发的方式形成第二金属电极80 的多层金属结构，其至少包
括一份：接触层、过渡层和电极金属层。其中，该接触层为Ti或V接触层，该过渡层为Ni过渡
层，该电极金属层为Ag 电极金属层。
括一份：接触层、过渡层和电极金属层。其中，该接触层为Ti或V接触层，该过渡层为Ni过渡
层，该电极金属层为Ag 电极金属层。
[0045] 以本发明的超低VF软快恢复二极管的制造方法研制的15A/1200V超低VF软快恢复二极管的常规参数与传统软快恢复二极管以及传统MPS结构快恢复二极管相比，综合参数
性能优势明显，对比见以下表格。
性能优势明显，对比见以下表格。
[0046]
[0047] 本发明的超低VF软快恢复二极管结合了肖特基势垒二极管(SBD)、快恢复二极管(FRD)的优点，在传统的MPS结构基础上，在有源区非P‑ 阱区形成肖特基势垒，在传统MPS结
构低漏电基础上，大大降低了正向导通压降，实现了一种超低VF软快恢复二极管，使得此二
极管在使用过程中不再局限于反向恢复特性和正向压降的选择，弥补了高压快恢复二极管
在使用中正向压降高的缺点，这在以往的快恢复二极管中是难以实现的。本发明的超低VF
软快恢复二极管的制造方法及该超低VF软快恢复二极管值得大力推广使用。
构低漏电基础上，大大降低了正向导通压降，实现了一种超低VF软快恢复二极管，使得此二
极管在使用过程中不再局限于反向恢复特性和正向压降的选择，弥补了高压快恢复二极管
在使用中正向压降高的缺点，这在以往的快恢复二极管中是难以实现的。本发明的超低VF
软快恢复二极管的制造方法及该超低VF软快恢复二极管值得大力推广使用。
[0048] 以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。