本发明涉及半导体技术领域，尤其涉及软恢复功率半导体二极管及其制备方法。
背景技术：
半导体二极管具有正向导通、反向阻断的特性，被广泛应用于诸如逆变焊机、汽车电子、马达传动系统及其它能量转换装置。其单向导电性可以在各种电路中发挥不同的作用，其中，应用最广泛的就是在关断电路中用于续流。对功率器件如igbt(绝缘栅双极性晶体管)关断续流，需要用具有软恢复特性的二极管，避免硬关断在回路中产生振荡，引起功率器件损坏。
按工作原理，具有软恢复特性的二极管一般可分为肖特基结构和pin结构。单纯的肖特基二极管由于其是多子器件，而具有导通压降小、反向恢复时间快的优点，但是其存在击穿电压低、高温漏电大、雪崩耐量低等弱点。国内外已经提出了结合肖特基和pin结构的新型快恢复二极管，比如结势垒控制整流器jbs(jbs:junctionbarriercontrolledschottkyrectifier)、混合pin/肖特基整流器mps(mps:mergedp-i-n/schottkyrectifier)等，具有低正向压降、短反向恢复时间和低漏电流等特点。但由于其还是包含肖特基结构，其击穿电压仍无法达到400v以上，同时高温漏电也比较大，这导致其无法用于一些高压大功率电源系统。
快恢复pin二极管具有击穿电压高、雪崩耐量高、抗静电能力强、高温漏电流小的优点，被广泛应用于高压系统中。二极管从正向偏置状态转换为反向偏置状态时，必须经历一段反向恢复过程。在正向偏置状态，pin二极管的i区存储很高浓度的少数载流子，要使电流降低到零，必须从i区清除这些少数载流子，这个过程需一个反向恢复时间。为了降低反向恢复时间，大部分采用重金属掺杂技术来降低少数载流子寿命获取。但是，较快的反向恢复，会产生较大的电流上升率，一方面会引起电流在快恢复过程出现震荡，产生电磁干扰(emi)问题，同时，也将在杂散电感的作用下，产生明显的电压尖峰，影响线路的可靠性。
技术实现要素：
本发明提供一种软恢复功率半导体二极管及其制备方法，以在保证二极管软恢复特性的同时，达到减小二极管正向导通压降，提高击穿电压等效果。
本发明实施例提供一种软恢复功率半导体二极管，包括：有源区和终端区；所述有源区包括：第一半导体层，具有第一导电类型，且形成于漂移层的第一区；所述漂移层具有所述第一导电类型，且覆设于具有所述第一导电类型的衬底；第二半导体层，具有第二导电类型，形成于所述漂移层的第一区，且位于所述第一半导体层的远离所述衬底的一侧；所述第一导电类型与所述第二导电类型不同；至少一个第一半导体区，具有所述第二导电类型，且穿设形成于所述第一半导体层和所述第二半导体层；所述第一半导体区的靠近所述衬底的侧面不超出所述第一半导体层的靠近所述衬底的侧面；在所述第一半导体区为多个的情况下，相邻两个所述第一半导体区之间具有第一间隔区域；第一电极，设置于所述第二半导体层和所述第一半导体区远离所述衬底的一侧；其中，所述第一半导体区中掺杂电荷的浓度与所述第一半导体层中掺杂电荷的浓度相近。
一个实施例中，软恢复功率半导体二极管，还包括：第二电极，覆设于所述衬底的远离所述漂移层的一侧；缓冲层，覆设于所述衬底和所述漂移层之间，且具有所述第一导电类型。
一个实施例中，所述有源区还包括：第三半导体层，具有所述第二导电类型，形成于所述漂移层的第一区，位于所述第二半导体层的远离所述衬底的一侧，填充设置于所述第一间隔区域且接触所述第一半导体区；所述第三半导体层的掺杂电荷的浓度大于所述第二半导体层的掺杂电荷的浓度，而所述第二半导体层的掺杂电荷的浓度大于所述第一半导体区的掺杂电荷的浓度。
一个实施例中，所述终端区包括：场限环和场板的组合结构，设置于所述漂移层的第二区的远离所述衬底的一侧；所述漂移层的第二区邻接所述漂移层的第一区。
一个实施例中，所述场限环和场板的组合结构包括：至少一个第二半导体区、场氧化层及多晶硅层的第二区；所述终端区还包括：氧化层的第二区；所述第二半导体区，具有所述第二导电类型，形成于所述漂移层的第二区且靠近所述漂移层的远离所述衬底的一侧；在所述第二半导体区为多个的情况下，相邻两个所述第二半导体区之间具有第二间隔区域；所述场氧化层，覆设于各所述第二半导体区的边缘区域和各所述第二间隔区域；所述氧化层的第二区，覆设于所述场氧化层的边缘区域和所述第二半导体区的未被所述场氧化层覆盖的部分；所述多晶硅层的第二区，覆设于所述氧化层的第二区。
一个实施例中，所述有源区还包括：所述氧化层的第一区，覆设于各所述第一半导体区；所述多晶硅层的第一区，覆设于所述氧化层的第一区和所述第一电极之间；所述多晶硅层中的多晶硅和窗口的宽度比例范围为0.2至0.6。
一个实施例中，所述第一半导体区中掺杂电荷的总量与所述第一半导体层中掺杂电荷的总量的比例范围为0.9至1.1。
一个实施例中，所述第一半导体区的厚度范围为3μm至12μm；和/或所述第一半导体层的厚度范围为1μm至4μm；和/或所述第二半导体层的厚度范围为2μm至5μm；和/或所述第三半导体层的厚度范围为0.2μm至1μm。
一个实施例中，所述第一半导体区的掺杂电荷的浓度范围为8e13cm-3～4e16cm-3；和/或所述第一半导体层的掺杂电荷的浓度范围为1e14cm-3～2e16cm-3；和/或所述第二半导体层的掺杂电荷的浓度范围为3e15cm-3～3e17cm-3；和/或所述第三半导体层的掺杂电荷的浓度范围为1e18cm-3～1e20cm-3。
本发明实施例另提供一种软恢复功率半导体二极管的制备方法，包括：通过外延生长在具有第一导电类型的衬底上形成具有所述第一导电类型的漂移层；对所述漂移层进行热氧化，形成初始场氧化层；基于第一预定图形对所述初始场氧化层进行光刻及腐蚀，形成包含至少一个场氧化区的场氧化层；所述至少一个场氧化区位于所述漂移层的第二区；在所述场氧化区为多个的情况下，相邻两个所述场氧化区之间具有间隔区域；基于所述包含至少一个场氧化区的场氧化层，利用具有第二导电类型的杂质对所述漂移层进行离子注入，以在所述漂移层的第二区未被所述场氧化区覆盖的区域形成具有所述第二导电类型的至少一个第二半导体区，在所述漂移层的第一区形成具有所述第二导电类型的初始半导体层；所述第二导电类型不同于所述第一导电类型；所述漂移层的第一区邻接所述漂移层的第二区；在所述初始半导体层、所述至少一个场氧化区及所述至少一个第二半导体区上，先后沉积氧化层和多晶硅层；基于第二预定图形对所述的氧化层和多晶硅层进行光刻及腐蚀，以在所述初始半导体层上方形成开设有第一设定窗口氧化层的第一区及多晶硅层的第一区，在所述第二半导体区上方形成开设有第二设定窗口的氧化层的第二区及多晶硅层的第二区；所述第二设定窗口位于所述场氧化区上方；利用具有所述第一导电类型的杂质对所述初始半导体层进行离子注入，在所述第一设定窗口处形成具有所述第二导电类型的第二半导体层，并在所述第二半导体层的下方形成具有所述第一导电类型的第一半导体层，且由所述初始半导体层位于所述氧化层的第二区下方的部分形成第一半导体区；所述第一半导体区的下表面不低于所述第一半导体层的下表面；所述第一半导体区中掺杂电荷的浓度与所述第一半导体层中掺杂电荷的浓度相近；利用具有所述第二导电类型的杂质对所述第二半导体层进行离子注入，在所述第二半导体层的上部区域形成具有所述第二导电类型的第三半导体层；在所述第三半导体层和所述多晶硅层的第一区上沉积金属，形成第二电极；在所述衬底的下表面上沉积金属，形成第一电极。
本发明实施例的软恢复功率半导体二极管及其制备方法，通过在具有第二导电类型的第二半导体层一侧设置具有第一导电类型的第一半导体层，能够降低二极管中pn结的注入效率，使得二极管在pn结附近的基区载流子浓度保持在较低水平，可以降低二极管反向恢复最大电流，保证器件具有软恢复特性。而且，通过第一半导体层和第二半导体层中穿设第一半导体区，使第一半导体区的靠近衬底的表面不低于第一半导体层的靠近衬底的表面，并使第一半导体区的掺杂电荷浓度与第一半导体层的掺杂电荷浓度相近，能够在二极管正向导通时增加n-区载流子浓度，降低导通压降，在二极管反向阻断时平衡有源区电场分布，降低漏电流，提高击穿电压。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在附图中：
图1是本发明一实施例的软恢复功率半导体二极管的结构示意图；
图2是现有二极管和本发明二极管的反向阻断bv仿真曲线对比图；
图3是现有二极管和本发明二极管的正向导通仿真曲线对比图；
图4是本发明一实施例的软恢复功率半导体二极管的制备方法的流程示意图；
图5至图11是本发明一实施例的软恢复功率半导体二极管的制备过程示意图；
图12是本发明实施例的600v软快恢复二极管的正向导通特性曲线；
图13是本发明实施例的600v软快恢复二极管的反向击穿特性曲线；
图14是本发明实施例的600v软快恢复二极管的反向恢复曲线；
图15是本发明实施例的600v软快恢复二极管的雪崩测试曲线。
符号说明：
1～衬底；
2～缓冲层；
3～漂移层；
31～漂移层的第一区；
32～漂移层的第二区；
4～第一半导体层；
5～第一半导体区；
5’～第二半导体区；
6～第二半导体层；
7～第三半导体层；
8～场氧化层；
9～氧化层的第一区；
9’～第二氧化层的第二区；
10～多晶硅层的第一区；
10’～多晶硅层的第二区；
c1～有源区；
c2～终端区；
111～第一电极；
112～第二电极；
ws～第一间隔区域；
w9～第二间隔区域。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合附图对本发明实施例做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
图1是本发明一实施例的软恢复功率半导体二极管的结构示意图。参见图1，一些实施例的软恢复功率半导体二极管，可包括：有源区c1和终端区c2。有源区c1可以作为二极管正向导通工作的主要部分，终端区c2可以用于提升器件反向耐压。
该有源区c1可包括：第一半导体层4、第二半导体层6、至少一个第一半导体区5及第一电极111。该终端区c2与该有源区c1可以通过类似的工艺形成，而且，该终端区c2中的一些组成部分可能与该有源区c1中的相应部分具有相同或相似的结构，所以，通过对有源区c1描述，结合终端区c2所起的作用，本领域技术人员可以想到一种或多种终端区c2的实现方式。
再参见图1，该软恢复功率半导体二极管还包括衬底和漂移层。该衬底可以包含衬底的第一区11和衬底的第二区12，该漂移层可以包含漂移层的第一区31和漂移层的第二区32。该第一半导体层4、该第二半导体层6、该些第一半导体区5及该第一电极111可以设置于该衬底的第一区11和该漂移层的第一区31的上方。
第一半导体层4具有第一导电类型，且形成于漂移层的第一区31；所述漂移层具有所述第一导电类型，且覆设于具有所述第一导电类型的衬底。该第一导电类型例如可以是n型或p型。可以通过利用第一导电类型的杂质对漂移层进行离子注入，得到具有第一导电类型的第一半导体层4。为了得到具有所述第一导电类型的第一半导体层4，掺杂电荷的浓度范围例如可以是1e14cm-3～2e16cm-3。此外，该第一半导体层4的厚度可以根据器件的要求进行设置，例如厚度范围可以为1μm至4μm。
其中，该衬底的第一导电类型可以通过利用第一导电类型的杂质对例如硅片进行掺杂得到，例如掺杂硼元素可以得到p型，掺杂例如磷元素可以得到n型。为了得到具有第一导电类型的衬底，掺杂电荷的浓度的范围例如可以是5e18cm-3～8e19cm-3。此外，该衬底的厚度可以根据需要设置，例如厚度范围可以为50μm至300μm。该漂移层可以通过外延生长形成。该漂移层的第一导电类型可以通过利用第一导电类型的杂质对沉积的例如硅材料进行掺杂或离子注入，得到具有第一导电类型的漂移层。为了得到具有所述第一导电类型的漂移层，掺杂电荷的浓度的范围例如可以是4e13cm-3～1e15cm-3。此外，该漂移层的厚度可以根据需要设置，例如厚度范围可以为10μm至100μm。
第二半导体层6具有第二导电类型，形成于所述漂移层的第一区31，且位于所述第一半导体层4的远离所述衬底的一侧。可以通过利用第二导电类型的杂质对第一半导体层4的上表面进行离子注入，得到具有第一导电类型的第一半导体层4。该第二半导体层6的掺杂电荷的浓度范围例如可以为3e15cm-3～3e17cm-3。此外，该第二半导体层6的厚度可以根据器件的要求进行设置，例如厚度范围可以为2μm至5μm。所述第一导电类型与所述第二导电类型不同，例如，当第一导电类型为n型时，第二导电类型可以为p型，当第一导电类型为p型时，第二导电类型可以为n型。
该些第一半导体区5具有所述第二导电类型，且穿设形成于所述第一半导体层4和所述第二半导体层6；所述第一半导体区5的靠近所述衬底的侧面不超出所述第一半导体层4的靠近所述衬底的侧面；在所述第一半导体区4为多个的情况下，相邻两个所述第一半导体区5之间具有第一间隔区域ws。可以通过利用第二导电类型的杂质进行离子注入，得到具有所述第二导电类型该些第一半导体区5。该些第一半导体区5的的掺杂电荷的浓度范围可为8e13cm-3～4e16cm-3。该些第一半导体区5的厚度可以根据器件的要求进行设置，例如厚度范围为3μm至12μm。不同相邻两个所述第一半导体区5的第一间隔区域ws可以相同或不同。
通过将第一半导体区5穿设形成于所述第一半导体层4和所述第二半导体层6，且使所述第一半导体区5的靠近所述衬底的侧面不超出(不低于)所述第一半导体层4的靠近所述衬底的侧面，可以使所述第一半导体层4和所述第二半导体层6的材料包围第一半导体区5。继而，使相邻两个所述第一半导体区5之间具有第一间隔区域ws，可以是第一半导体区5与所述第一半导体层4及所述第二半导体层6二者交替设置。在仅包含一个第一半导体区5的情况下，该第一半导体区5两侧可以包围有所述第一半导体层4和所述第二半导体层6的堆叠结构。
其中，所述第一半导体区5中掺杂电荷的浓度与所述第一半导体层4中掺杂电荷的浓度相近。“相近”例如可指所述第一半导体区5中具有所述第二导电类型的掺杂电荷的浓度和所述第一半导体层4中具有所述第一导电类型的掺杂电荷的浓度在一个量级，掺杂电荷浓度比例可在大于0.5并小于1.5的范围内。另一些实施例中所述第一半导体区5中掺杂电荷的总量与所述第一半导体层4中掺杂电荷的总量的比例范围可为0.9至1.1，换言之，所述第一半导体区5中的具有所述第二导电类型的掺杂电荷总量与所有所述第一半导体层4中具有所述第一导电类型的掺杂电荷总量的比例范围可为0.9至1.1。
第一电极111，所述第一电极111设置于所述第二半导体层6和所述第一半导体区5远离所述衬底的一侧。该第一电极111可以为阳极或阴极，例如当所述第一导电类型为n型时，该第一电极111为阳极。该第一电极111可以通过沉积金属形成。
本实施例中，通过在具有第二导电类型的第二半导体层靠近衬底的一侧设置具有第一导电类型的第一半导体层，能够降低二极管中pn结的注入效率，使得二极管在pn结附近的基区载流子浓度保持在较低水平，可以降低二极管反向恢复最大电流，保证器件具有软恢复特性。而且，通过第一半导体层和第二半导体层中穿设第一半导体区，并使第一半导体区的靠近衬底的侧面不超出第一半导体层的靠近衬底的侧面，并使第一半导体区中掺杂电荷的浓度与第一半导体层中掺杂电荷的浓度相近，以此能够在二极管正向导通时增加n-区载流子浓度，降低导通压降，在二极管反向阻断时平衡有源区电场分布，降低漏电流，提高击穿电压，从而解决由于第一半导体层的存在而带来的问题，从而达到在保证二极管软恢复特性的同时减小二极管正向导通压降，提高击穿电压。
一些实施例中，再参见图1，该软恢复功率半导体二极管可包括：缓冲层。所述缓冲层覆设于所述衬底和所述漂移层之间，且具有所述第一导电类型。该缓冲层可以包含缓冲层的第一区21和缓冲层的第二区22。该缓冲层的第一区21位于该衬底的第一区11和该漂移层的第一区31之间，缓冲层的第二区22位于该衬底的第二区12和该漂移层的第二区32之间。可以通过外延生长形成该缓冲层。可以利用第一导电类型的杂质对例如硅材料进行掺杂或离子注入，得到具有第一导电类型的缓冲层。所述缓冲层的掺杂电荷的浓度范围可以为2e14cm-3～1e16cm-3。此外，缓冲层的厚度可以根据器件的要求进行设置，例如所述缓冲层的厚度范围为3μm至30μm。该实施例中，在有源区c1中设置缓冲层，有利于载流子更好地传输。
一些实施例中，再参见图1，该软恢复功率半导体二极管，可包括：第二电极112。该第二电极112覆设于所述衬底的远离所述漂移层的一侧。该第二电极112可以为阴极或阳极，例如当所述第一导电类型为n型时，该第二电极112为阴极。该第二电极112可以通过沉积金属形成。在沉积第二电极112之前，可以将衬底的背部减薄到所需厚度。
一些实施例中，再参见图1，所述有源区c1还可包括：第三半导体层7。第三半导体层7具有所述第二导电类型，形成于所述漂移层的第一区31，位于所述第二半导体层6的远离所述衬底的一侧，填充设置于所述第一间隔区域且接触所述第一半导体区5；所述第三半导体层7的掺杂电荷的浓度大于所述第二半导体层6的掺杂电荷的浓度，所述第二半导体层6的掺杂电荷的浓度大于所述第一半导体区5的掺杂电荷的浓度。可以利用第二导电类型的杂质进行掺杂或离子注入，得到具有第二导电类型的第三半导体层7。第三半导体层7的掺杂电荷的浓度范围可以为1e18cm-3～1e20cm-3。此外，第三半导体层7的厚度可以根据器件的要求进行设置，例如第三半导体层7的厚度范围为0.2μm至1μm。所述第三半导体层7掺杂浓度高，可以降低接触电阻，提高电流能力。
一些实施例中，再参见图1，所述终端区c1可包括：场限环和场板的组合结构。场限环和场板的组合结构设置于所述漂移层的第二区32远离所述衬底的一侧；所述漂移层的第二区32邻接所述漂移层的第一区31。场限环有助于提高二极管器件中的主结的分压作用，场板有助于抑制表面电荷效应的影响。因此，该实施例的终端区c1可以提升二极管器件的反向耐压能力，提高雪崩耐量。
一些实施例中，再参见图1，所述终端区c1中的场限环和场板的组合结构可包括：至少一个第二半导体区5’、场氧化层8及多晶硅层的第二区10’。所述终端区c1还可包括：氧化层的第二区9’。
其中，该些第二半导体区5’，具有所述第二导电类型，形成于所述漂移层第二区32，且靠近所述漂移层的远离所述衬底的一侧；在所述第二半导体区5’为多个的情况下，相邻两个所述第二半导体区5’之间具有第二间隔区域w9。该些第二半导体区5’可以与上述第一半导体区5经由同一工艺步骤形成，该些第二半导体区5’与上述第一半导体区5可以相同或相似，具有类似或相同的参数或形成方式，例如结构形状、尺寸、掺杂浓度等。利用同一工艺形成第二半导体区5’与上述第一半导体区5，可以简化器件制造流程。不同的相邻两个所述第二半导体区5’之间的第二间隔区域w9可以相同或不同。场氧化层8覆设于各所述第二半导体区5’的边缘区域和各所述第二间隔区域w9。该场氧化层8可以通过热氧化，然后经过刻蚀工艺形成。氧化层的第二区9’覆设于所述场氧化层8的边缘区域和所述第二半导体区5’未被所述场氧化层8覆盖的部分。多晶硅层的第二区10’覆设于所述氧化层的第二区9’。该场氧化层8和氧化层的第二区9’可以通过先热氧化后沉积多晶硅的方式，然后可以经过一次刻蚀工艺形成。
一些实施例中，再参见图1，所述有源区c1还可包括：所述氧化层的第一区9和所述多晶硅层的第一区10。所述氧化层的第一区9覆设于各所述第一半导体区5。所述多晶硅层的第一区10覆设于所述氧化层的第一区9和所述第一电极111之间。该实施例中，通过在有源区c1中设置所述氧化层的第一区9和所述多晶硅层的第一区10，不仅能够阻挡第一半导体区5被不当的离子注入，又能与氧化层的第二区9’和多晶硅层的第二区10’在同一工艺中形成，以此能够节省制备流程。
所述多晶硅层10中可以开设有窗口，所述多晶硅层10中的多晶硅的宽度wp和窗口的宽度ws的比例可以根据二极管器件的要求进行设置，例如多晶硅层(包括多晶硅层的第一区10和多晶硅的第二区10’)中的多晶硅的宽度wp和窗口的宽度ws的比例范围可为0.2至0.6。多晶硅层的第一区10中多晶硅和窗口的宽度比例与多晶硅的第二区10’中多晶硅和窗口的宽度比例可以相同或不同。
一个实施例中，参见图1，软恢复功率半导体二极管主要包括：有源区c1和终端区c2。所述有源区c1包括阴极金属(第二电极112)、n+衬底的第一区11、位于衬底的第一区11上方的n型缓冲层的第一区21、位于缓冲层的第一区21上方的n-漂移层的第一区31、位于漂移层的第一区31上方的n型第一半导体层4的区域和p型第一半导体区5的区域、位于第一半导体层4上方的p+型第二半导体层6的区域、位于第二半导体层6上方的p++第三半导体层7的区域、位于第一半导体区5上方的氧化层第一区9和多晶硅层第一区10，以及阳极金属(第一电极111)；所述第一半导体区5分别与第一半导体层4、第二半导体层6、第三半导体层7相连，交替分布在有源区c1内。
所述有源区c1中p型第一半导体区5可以被n型第一半导体层4、p+第二半导体层6和p++第三半导体层7包围，且可以在有源区c1内交替重复。
所述有源区c1的氧化层的第一区9和多晶硅层的第一区10位于p型第一半导体区5上方，且多晶硅层的第一区10可直接与阳极金属相接。
所述有源区中p型第一半导体区5掺杂层下边界不低于n型第一半导体层4下边界，p型第一半导体区5掺杂电荷总量qp与n第一半导体层4掺杂电荷总量qn的比例qp/qn的范围可以为0.9～1.1。
所述有源区多晶硅层的第一区10的多晶硅宽度wp与窗口ws的比例wp/ws的范围可以为0.2～0.6。
所述n+衬底区域的掺杂浓度范围可以为5e18～8e19cm-3，厚度范围可以为50～300μm。
所述n型缓冲层区域的掺杂浓度范围可以为2e14～1e16cm-3，厚度范围可以为3～30μm。
所述n-漂移层掺杂浓度范围可以为4e13～1e15cm-3，厚度范围可以为10～100μm。
所述n型第一半导体层4的掺杂浓度范围可以为1e14～2e16cm-3，厚度范围可以为1～4μm。
所述p型第一半导体区5和第二半导体区5’的掺杂浓度范围可以为8e13～4e16cm-3，厚度范围可以为3～12μm。
所述p+第二半导体层6的掺杂浓度范围可以为3e15～3e17cm-3，厚度范围可以为2～5μm。
所述p++第三半导体层7的掺杂浓度范围可以为1e18～1e20cm-3，厚度范围可以为0.2～1μm。
所述场氧化层8的厚度范围可以为
引入的p型第一半导体区5在正向导通状态下可以增加n-区载流子浓度，降低导通压降，在反向阻断状态下可以平衡有源区电场分布，降低漏电流，提高击穿电压。进一步，所述终端区c2由第二半导体区5’、场氧化层8和多晶硅层的第二区10’组成场限环加多晶场板结构，能够保证器件击穿稳定性。
图2是现有二极管和本发明二极管的反向阻断bv仿真曲线对比图，图3是现有二极管和本发明二极管的正向导通仿真曲线对比图，如图2和图3所示，相对现有二极管结构，在相同n型缓冲层区域和n-漂移层情况下，本发明二极管结构具有更高的击穿电压和更低的导通压降(实线为本发明二极管仿真结果，虚线为现有二极管仿真结果)，可以满足更高的电压应用，同时具有更低的导通损耗，提升了电源系统的效率。
基于与图1所示的软恢复功率半导体二极管相同的发明构思，本申请实施例还提供了一种软恢复功率半导体二极管的制备方法，如下面实施例所述。由于该软恢复功率半导体二极管的制备方法解决问题的原理与软恢复功率半导体二极管相似，因此该软恢复功率半导体二极管的制备方法的实施可以参见软恢复功率半导体二极管的实施，重复之处不再赘述。
一些实施例中，软恢复功率半导体二极管的制备方法，可包括：
步骤s101：通过外延生长在具有第一导电类型的衬底上形成具有所述第一导电类型的漂移层；
步骤s102：对所述漂移层进行热氧化，形成初始场氧化层；
步骤s103：基于第一预定图形对所述初始场氧化层进行光刻及腐蚀，形成包含至少一个场氧化区的场氧化层；所述至少一个场氧化区位于所述漂移层的第二区；在所述场氧化区为多个的情况下，相邻两个所述场氧化区之间具有间隔区域；
步骤s104：基于所述包含至少一个场氧化区的场氧化层，利用具有第二导电类型的杂质对所述漂移层进行离子注入，以在所述漂移层的第二区未被所述场氧化区覆盖的区域形成具有所述第二导电类型的至少一个第二半导体区，在所述漂移层的第一区形成具有所述第二导电类型的初始半导体层；所述第二导电类型不同于所述第一导电类型；所述漂移层的第一区邻接所述漂移层的第二区；
步骤s105：在所述初始半导体层、所述至少一个场氧化区及所述至少一个第二半导体区上，先后沉积氧化层和多晶硅层；
步骤s106：基于第二预定图形对所述的氧化层和多晶硅层进行光刻及腐蚀，以在所述初始半导体层上方形成开设有第一设定窗口的氧化层的第一区及多晶硅层的第一区，在所述第二半导体区上方形成开设有第二设定窗口的氧化层的第二区及多晶硅层的第二区；所述第二设定窗口位于所述场氧化区上方；
步骤s107：利用具有所述第一导电类型的杂质对所述初始半导体层进行离子注入，在所述第一设定窗口处形成具有所述第二导电类型的第二半导体层，并在所述第二半导体层的下方形成具有所述第一导电类型的第一半导体层，且由所述初始半导体层位于所述氧化层的第二区下方的部分形成第一半导体区；所述第一半导体区的下表面不低于所述第一半导体层的下表面；所述第一半导体区中掺杂电荷的浓度与所述第一半导体层中掺杂电荷的浓度相近；
步骤s108：利用具有所述第二导电类型的杂质对所述第二半导体层进行离子注入，在所述第二半导体层的上部区域形成具有所述第二导电类型的第三半导体层；
步骤s109：在所述第三半导体层和所述多晶硅层的第一区上沉积金属，形成第二电极；在所述衬底的下表面上沉积金属，形成第一电极。
该第一预定图形可以根据所欲形成的场氧化区的覆盖情况而设计。通过上述步骤s104形成初始半导体层，通过上述步骤s107，可以将初始半导体层分成掺杂浓度不同的第一半导体层和第二半导体层，在通过上述步骤s108，可以进一步将第二半导体层分成掺杂浓度不同的第二半导体层和第三半导体层。并且通过该些步骤得到的第一半导体区和第一半导体层的掺杂浓度相近。
在上述步骤s104中，离子注入的剂量可以为2e12～1e14cm-2，能量可以为80kev～300kev。在上述步骤s107，离子注入的剂量可以为2e11～5e12cm-2，能量可以为180kev～2mev。在上述步骤s108，离子注入的剂量可以为1e15～1e16cm-2，能量可以为40kev～80kev。
一些实施例中，所述第一半导体区的掺杂浓度范围为8e13cm-3～4e16cm-3。一些实施例中，所述第一半导体层的掺杂浓度范围为1e14cm-3～2e16cm-3。一些实施例中，所述第二半导体层的掺杂浓度范围为3e15cm-3～3e17cm-3。一些实施例中，所述第三半导体层的掺杂浓度范围为1e18cm-3～1e20cm-3。
一些实施例中，步骤s101之前，即形成具有所述第一导电类型的漂移层之前，该软恢复功率半导体二极管的制备方法，还可包括：通过外延生长在所述衬底上形成具有所述第一导电类型的缓冲层。
一些实施例中，步骤s108之前，该软恢复功率半导体二极管的制备方法，还可包括：进行退火，使杂质扩散。
下面将以一具体实施例说明本发明一些实施例中软恢复功率半导体二极管的制备方法。其中各步骤中的制备条件或制备方式可以根据需要重新组合。图4是本发明一实施例的软恢复功率半导体二极管的制备方法的流程示意图。图5至图10是本发明一实施例的软恢复功率半导体二极管的制备过程示意图。参见图4至图10，该实施例的软恢复功率半导体二极管的制备方法，可包括：步骤1：在1000～1180℃温度下，在衬底1上外延生长形成n型缓冲层2和n-漂移层3；步骤2：在1000℃～1100℃氧化环境下，形成
步骤01：在1000～1180℃温度，可以在h2和n2环境下，在n+型衬底1上外延形成n型缓冲层2区域和n-漂移层3，所得结构的剖面图如图5所示；其中，该温度、气氛环境可以根据需要另作选择。
步骤02：在1000℃～1100℃温度，氧化环境下，热生长
步骤03：可以利用act掩模板，经过涂胶、曝光、湿法腐蚀、去胶等步骤，得到剖面图如图7所示场氧化层8，然后注入剂量为2e12～1e14cm-2、能量为80kev～300kev的硼杂质离子(p型)，得到p型掺杂区域，剖面图如图7所示；其中，根据需要可以选择其他类型的掩模板。
步骤04：在圆片表面淀积一层厚度范围为
步骤05：可以利用poly掩模板，经过涂胶、曝光、干法腐蚀等步骤，选择性腐蚀部分氧化层sox和多晶硅层poly，分别注入剂量为2e11～5e12cm-2、能量为180kev～2mev的磷(n型)杂质离子，所得结构的剖面图如图9所示。掩模板类型、注入剂量、能量可根据需要另作选择。
步骤06：在1150℃～1250℃温度，n2环境下，进行杂质扩散，推阱形成pn结，形成结构的剖面图如图10所示。该温度和气氛环境可以根据需要选择。
步骤07：在圆片表面普注剂量为1e15～1e16cm-2、能量为40kev～80kev的p型杂质，形成p++第三半导体层7区域，并进行可进行正面金属化，形成结构的剖面图如图11所示；该普注剂量和能量可以根据需要选择。
步骤08：可以对圆片背面进行减薄和淀积金属，形成阴极接触，形成结构的剖面图如图1所示。
图12是本发明实施例的600v软快恢复二极管的正向导通特性曲线，图13是本发明实施例的600v软快恢复二极管的反向击穿特性曲线，图14是本发明实施例的600v软快恢复二极管的反向恢复曲线，图15是本发明实施例的600v软快恢复二极管的雪崩测试曲线。由图12可以看出，二极管器件正向导通压降为1.2v。由图13可以看出，二极管器件击穿电压725v。由图14可以看出，二极管器件的反向恢复特性好。由图15可以看出，二极管器件的雪崩电流达到50a。因此，本发明实施例的软快恢复二极管结构，第一半导体区5分别与第一半导体层4、第二半导体层6、第三半导体层7相连，交替分布在有源区域c1内，可以平衡电场分布，提供器件击穿电压。终端区c2由第二半导体区5’、场氧化层8和多晶硅层的第二区10’组成场限环加多晶场板结构，能够保证器件击穿稳定性。本发明的二极管制造工艺简单，所得器件具有击穿电压高，反向漏电低，正向导通压降低，雪崩耐量高，反向恢复电荷小和反向恢复特性软等优点。
综上所述，本发明实施例的软恢复功率半导体二极管及其制备方法，通过在具有第二导电类型的第二半导体层一侧设置具有第一导电类型的第一半导体层，能够降低二极管中pn结的注入效率，使得二极管在pn结附近的基区载流子浓度保持在较低水平，可以降低二极管反向恢复最大电流，保证器件具有软恢复特性。而且，通过第一半导体层和第二半导体层中穿设第一半导体区，使第一半导体区的靠近衬底的表面不低于第一半导体层的靠近衬底的表面，并使第一半导体区的掺杂电荷浓度与第一半导体层的掺杂电荷浓度相近，能够在二极管正向导通时增加n-区载流子浓度，降低导通压降，在二极管反向阻断时平衡有源区电场分布，降低漏电流，提高击穿电压。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一个具体实施例”、“一些实施例”、“例如”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。各实施例中涉及的步骤顺序用于示意性说明本发明的实施，其中的步骤顺序不作限定，可根据需要作适当调整。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。