一种垂直高压高浪涌JBS二极管及其制作方法与流程

一种垂直高压高浪涌jbs二极管及其制作方法
技术领域
1.本发明涉及二极管技术领域，具体为一种垂直高压高浪涌jbs二极管及其制作方法。


背景技术：

2.功率二极管是电路系统的关键部件，广泛适用于在高频逆变器、数码产品、发电机、电视机等民用产品和卫星接收装置、导弹及飞机等各种先进武器控制系统和仪器仪表设备的军用场合。为了满足低功耗、高频、高温、小型化等应用要求对其的耐压、导通电阻、开启压降、反向恢复特性、高温特性等越来越高。
3.现有技术中的二极管制作方法是在制作正面电极时同时形成欧姆接触和肖特基接触，这种制作方法欧姆接触较大，在正向浪涌欧姆大。


技术实现要素：

4.本发明的主要目的是提供一种垂直高压高浪涌jbs二极管，旨在解决现有技术中的制作方法欧姆接触较大，在正向浪涌欧姆大的技术问题。
5.为实现上述目的，本发明提出的垂直高压高浪涌jbs二极管的制作方法，包括以下步骤：
6.提供衬底：所述衬底具有正面和背面；
7.制作n型轻掺杂外延层：在所述衬底的正面上生长所述n型轻掺杂外延层；
8.制作p型重掺杂区：在所述n型轻掺杂外延层的表面制作多个间隔布置的所述p型重掺杂区；
9.制作欧姆接触结构：在所述p型重掺杂区的表面上制作金属层而形成欧姆接触结构；
10.制作正面金属电极：在所述n型轻掺杂外延层的表面上制作所述正面金属电极，所述正面金属电极连接至所述金属层并与所述n型轻掺杂外延层上所述p型重掺杂区以外的区域形成肖特基接触结构。
11.可选地，该垂直高压高浪涌jbs二极管的制作方法还包括以下步骤：
12.制作防氧化层：在制作n型轻掺杂外延层步骤后，在所述n型轻掺杂外延层的表面上覆盖所述防氧化层；
13.制作第一钝化层：在制作p型重掺杂区步骤后，在所述n型轻掺杂外延层的表面上制作所述第一钝化层，并在所述第一钝化层上刻蚀出电极区域，所述正面金属电极制作在所述电极区域内；至少一个所述p型重掺杂区对应至所述电极区域，其余的所述p型重掺杂区对应至所述第一钝化层；
14.制作截止环：在制作n型轻掺杂外延层步骤后，沿所述n型轻掺杂外延层的边缘制作n型重掺杂的所述截止环；
15.制作第二钝化层：在制作正面金属电极步骤后，在所述正面金属电极的周缘表面
和所述第一钝化层的表面上覆盖所述第二钝化层；
16.制作背面金属电极：在所述衬底的背面制作所述背面金属电极。
17.可选地，在制作所述n型轻掺杂外延层的步骤中包括以下步骤：在所述衬底上mocvd生长n型轻掺杂外延层；
18.和/或，在制作所述p型重掺杂区的步骤中包括以下步骤：在所述n型轻掺杂外延层上进行离子注入，然后激活制得所述p型重掺杂区；
19.和/或，在制作所述正面金属电极的步骤中包括以下步骤：在所述电极区域中依次沉积铂和金，铂的沉积厚度为25-35nm，金的沉积厚度为110-130nm，在450-550℃下形成欧姆接触和肖特基接触。
20.可选地，所述p型重掺杂区的注入深度为0.5-2.0um；
21.和/或，对应至所述电极区域的所述p型重掺杂区具有第一宽度，所述第一宽度为1-4um；对应至所述电极区域的任意两个所述p型重掺杂区之间的具有第一间隔，所述第一间隔为1-5um；且第一间隔/第一宽度小于2；
22.和/或，对应至所述第一钝化层的所述p型重掺杂区具有第二宽度，所述第二宽度为1-3um；
23.和/或，对应至所述第一钝化层的任意两个所述p型重掺杂区之间具有第二间隔，所述第二间隔为1-3um；
24.和/或，所述电极区域和所述第一钝化层的交界处的所述p型重掺杂区具有第三宽度，所述第三宽度为10
±
1um。
25.可选地，在制作所述第一钝化层的步骤中包括以下步骤：在所述n型轻掺杂外延层的表面上淀积至少一层钝化材料得到所述第一钝化层，然后在所述第一钝化层中部刻蚀出接触孔，所述接触孔为所述电极区域；
26.和/或，在制作所述截止环的步骤中包括以下步骤：沿所述n型轻掺杂外延层的边缘注入硅，然后激活；
27.和/或，在制作所述背面金属电极的步骤中包括以下步骤：对所述衬底的背面减薄处理，在所述衬底的背面依次蒸发ti、ni和ag而得到所述背面金属电极。
28.可选地，所述防氧化层为氮化镓层；
29.和/或，所述防氧化层的厚度为1-3nm；
30.和/或，所述第一钝化层的材质选自sio2、sin、sialn、gaon、al2o3、alon、sicn、sion或hfo2中的至少一种；
31.和/或，所述第一钝化层的厚度为1-3um；
32.和/或，所述第二钝化层的材质选自sio2、sin、sialn、gaon、al2o3、alon、sicn、sion或hfo2中的至少一种。
33.可选地，所述衬底为n型重掺杂硅衬底；
34.和/或，所述衬底的电阻率为0.002～0.004ohm.cm；
35.和/或，所述衬底为晶向111衬底；
36.和/或，所述n型轻掺杂外延层为n型轻掺杂氮化铝外延势垒层；
37.和/或，所述n型轻掺杂氮化铝外延势垒层的厚度为5
±
0.5um；
38.和/或，所述金属层为镍层或金层。
39.本发明还提出一种垂直高压高浪涌jbs二极管，包括衬底、n型轻掺杂外延层、正面金属电极以及背面金属电极，所述衬底为n型重掺杂硅衬底，其具有正面和背面；所述n型轻掺杂外延层设于所述n型重掺杂区域的正面；所述n型轻掺杂外延层的部分表面上设有p型重掺杂区，所述p型重掺杂区的表面上设有金属层而形成欧姆接触结构；所述正面金属电极设置在所述n型轻掺杂外延层的表面上且与所述n型轻掺杂外延层上所述p型重掺杂区以外的区域形成肖特基接触结构；所述背面金属电极设置在所述n型重掺杂区域的背面。
40.可选地，该垂直高压高浪涌jbs二极管还包括防氧化层、第一钝化层、截止环以及第二钝化层；所述防氧化层覆盖在所述n型轻掺杂外延层的表面上；所述第一钝化层设置在所述n型轻掺杂外延层的表面上；所述截止环沿所述n型轻掺杂外延层的边缘而布置；所述第二钝化层覆盖在所述正面金属电极的周缘表面和所述第一钝化层的表面上。
41.可选地，多个所述p型重掺杂区间隔布置在所述n型轻掺杂外延层的表面，所述p型重掺杂区与所述n型轻掺杂外延层形成pn结，所述肖特基接触结构和所述pn结交替布置。
42.本发明技术方案通过在p型重掺杂区的表面上制作金属层而形成欧姆接触结构，金属层优选是高功函数、低电阻、低熔点的金属镍或金，然后制作肖特基接触结构，得到具有高浪涌特点的二极管；此外，该制作方法制作得到的二极管的p型重掺杂区与n型轻掺杂外延层形成pn结，肖特基接触结构和pn结交替布置，肖特基接触结构具有正向低开启电压的特点，正向电压增加后，pn结开启，提高了工作电压范围；而受到反向电压时，p型重掺杂区反向时候势垒耗尽，防止肖特基击穿，提高反向击穿电压。
附图说明
43.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示出的结构获得其他的附图。
44.图1为本发明一种垂直高压高浪涌jbs二极管的制作方法一实施例中的制作n型轻掺杂外延层步骤和制作防氧化层步骤的结构示意图；
45.图2为本发明一种垂直高压高浪涌jbs二极管的制作方法一实施例中的制作p型重掺杂区步骤的结构示意图；
46.图3为本发明一种垂直高压高浪涌jbs二极管的制作方法一实施例中的制作截止环步骤的结构示意图；
47.图4为本发明一种垂直高压高浪涌jbs二极管的制作方法一实施例中的制作第一钝化层步骤的结构示意图；
48.图5为本发明一种垂直高压高浪涌jbs二极管的制作方法一实施例中的制作欧姆接触结构步骤的结构示意图；
49.图6为本发明一种垂直高压高浪涌jbs二极管的制作方法一实施例中的制作正面金属电极步骤的结构示意图；
50.图7为本发明一种垂直高压高浪涌jbs二极管的制作方法一实施例中的制作第二钝化层步骤的结构示意图；
51.图8为本发明一种垂直高压高浪涌jbs二极管的制作方法一实施例中的制作背面
金属电极步骤的结构示意图。
52.附图标号说明：
53.1、衬底；2、n型轻掺杂外延层；21、p型重掺杂区；h、注入深度；pd、第一宽度；r1、第二宽度；mj、第三宽度；sd、第一间隔；s1、第二间隔；22、截止环；3、防氧化层；4、第一钝化层；41、电极区域；5、金属层；6、正面金属电极；61、铂电极材料层；62、金电极材料层；7、第二钝化层；8、背面金属电极；81、钛电极材料层；82、镍电极材料层；83、银电极材料层。
54.本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
55.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
56.需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后
……
)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
57.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
58.另外，在本发明中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
59.本发明提出一种垂直高压高浪涌jbs二极管的制作方法。
60.在本发明实施例中，该垂直高压高浪涌jbs二极管的制作方法，包括以下步骤：
61.提供衬底1：衬底1具有正面和背面；优选地，提供的衬底1为n型重掺杂硅衬底1，衬底1的电阻率为0.002～0.004ohm.cm，衬底1为晶向111衬底1；
62.制作n型轻掺杂外延层2：如图1所示，在衬底1的正面上生长n型轻掺杂外延层2；优选地，通过在衬底1上mocvd生长n型轻掺杂外延层2；进一步地，n型轻掺杂外延层2为n型轻掺杂氮化铝外延势垒层；n型轻掺杂氮化铝外延势垒层的厚度为5
±
0.5um；本发明用ain(禁带宽度6.2ev)外延制作肖特基二极管，氮化铝(ain)的禁带宽度是si的5倍以上，是sic和/或gan的2倍，在制作高压功率管更有优势；
63.制作p型重掺杂区21：如图2和图3所示，在n型轻掺杂外延层2的表面制作多个间隔布置的p型重掺杂区21；
64.制作欧姆接触结构：如图5所示，在p型重掺杂区21的表面上制作金属层5而形成欧
姆接触结构；优选地，金属层5为镍层或金层；应理解，金属层5的材质也可以其他高功函数、低电阻、低熔点的金属；
65.制作正面金属电极6：如图6所示，在n型轻掺杂外延层2的表面上制作正面金属电极6，正面金属电极6连接至金属层5并与n型轻掺杂外延层2上p型重掺杂区21以外的区域形成肖特基接触结构；优选地，在制作正面金属电极6的步骤中包括以下步骤：在电极区域41中依次沉积铂和金，得到铂电极材料层61和金电极材料层62，铂的沉积厚度为25-35nm，金的沉积厚度为110-130nm，在450-550℃下形成欧姆接触和肖特基接触，应理解，正面金属电极6的材质不限于金和铂，也可以是其他金属。
66.本发明技术方案通过在p型重掺杂区21的表面上制作金属层5而形成欧姆接触结构，金属层5优选是高功函数、低电阻、低熔点的金属镍或金，然后制作肖特基接触结构，得到具有高浪涌特点的二极管，此外，得到的二极管的p型重掺杂区21与n型轻掺杂外延层2形成pn结，肖特基接触结构和pn结交替布置，肖特基接触结构具有正向低开启电压的特点，正向电压增加后，pn结开启，提高了工作电压范围；而受到反向电压时，p型重掺杂区21势垒耗尽，防止肖特基接触结构击穿，提高反向击穿电压。
67.在本发明实施例中，该垂直高压高浪涌jbs二极管的制作方法还包括以下步骤：
68.制作防氧化层3：如图1所示，在制作n型轻掺杂外延层步骤后，在n型轻掺杂外延层2的表面上覆盖防氧化层3。优选地，防氧化层3为氮化镓层(gan gap)。进一步地，防氧化层3的厚度为1-3nm。防氧化层3防止n型轻掺杂外延层2(ain)氧化，导通时载流子可以量子隧穿通过。
69.在本发明实施例中，该垂直高压高浪涌jbs二极管的制作方法还包括以下步骤：
70.制作第一钝化层4：如图4所示，在制作p型重掺杂区步骤后，在n型轻掺杂外延层2的表面上制作第一钝化层4，并在第一钝化层4上刻蚀出电极区域41，正面金属电极6制作在电极区域41内；至少一个p型重掺杂区21对应至电极区域41，其余的p型重掺杂区21对应至第一钝化层4。第一钝化层4用于消除边缘区域的电场，提高二极管的耐压值。
71.具体地，在制作第一钝化层4的步骤中包括以下步骤：如图4所示，在n型轻掺杂外延层2的表面上淀积至少一层钝化材料得到第一钝化层4，然后在第一钝化层4中部刻蚀出接触孔，接触孔为电极区域41。电极区域41用于限定出制作正面金属电极6的空间，便于后续正面金属电极6的制作。
72.优选地，第一钝化层4的材质选自sio2、sin、sialn、gaon、al2o3、alon、sicn、sion或hfo2中的至少一种；更优选为sio2。进一步地，第一钝化层4的厚度为1-3um。
73.在本发明实施例中，该垂直高压高浪涌jbs二极管的制作方法还包括以下步骤：
74.制作截止环22：如图3所示，在制作n型轻掺杂外延层步骤后，沿n型轻掺杂外延层2的边缘制作n型重掺杂的截止环22。截止环22防止划片道及后续封装等杂质进入到扩展区域。
75.具体地，在制作截止环22的步骤中包括以下步骤：沿n型轻掺杂外延层2的边缘注入硅，然后激活。
76.在本发明实施例中，该垂直高压高浪涌jbs二极管的制作方法还包括以下步骤：
77.制作第二钝化层7：如图7所示，在制作正面金属电极步骤后，在正面金属电极6的周缘表面和第一钝化层4的表面上覆盖第二钝化层7。
78.优选地，第二钝化层7的材质选自sio2、sin、sialn、gaon、al2o3、alon、sicn、sion或hfo2中的至少一种；更优选为sin。
79.在本发明实施例中，该垂直高压高浪涌jbs二极管的制作方法还包括以下步骤：
80.制作背面金属电极8：如图8所示，在衬底1的背面制作背面金属电极8。
81.具体地，在制作背面金属电极8的步骤中包括以下步骤：对衬底1的背面减薄处理，在衬底1的背面依次蒸发ti、ni和ag，形成钛电极材料层81、镍电极材料层82和银电极材料层83，而得到背面金属电极8。应理解，背面金属电极8的制作材料并不限于钛、镍或银，任何金属电极材料均可用于制作背面金属电极8。
82.在本发明实施例中，如图3所示，在制作p型重掺杂区21的步骤中包括以下步骤：在n型轻掺杂外延层2上进行离子注入，然后激活制得p型重掺杂区21。
83.在本发明实施例中，p型重掺杂区21的注入深度h为0.5-2.0um。
84.在本发明实施例中，对应至电极区域41的p型重掺杂区21具有第一宽度pd，第一宽度pd为1-4um；对应至电极区域41的任意两个p型重掺杂区21之间的具有第一间隔sd，第一间隔sd为1-5um；且第一间隔sd/第一宽度pd小于2。
85.在本发明实施例中，对应至第一钝化层4的p型重掺杂区21具有第二宽度r1，第二宽度r1为1-3um。
86.在本发明实施例中，对应至第一钝化层4的任意两个p型重掺杂区21之间具有第二间隔s1，第二间隔s1为1-3um。
87.在本发明实施例中，电极区域41和第一钝化层4的交界处的p型重掺杂区21具有第三宽度mj，第三宽度mj为10
±
1um。
88.本发明还提出一种垂直高压高浪涌jbs二极管，包括衬底1、n型轻掺杂外延层2、正面金属电极6以及背面金属电极8。衬底1为n型重掺杂硅衬底1，其具有正面和背面；n型轻掺杂外延层2设于n型重掺杂区域的正面；n型轻掺杂外延层2的部分表面上设有p型重掺杂区21，p型重掺杂区21的表面上设有金属层5而形成欧姆接触结构；正面金属电极6设置在n型轻掺杂外延层2的表面上且与n型轻掺杂外延层2上p型重掺杂区21以外的区域形成肖特基接触结构；背面金属电极8设置在n型重掺杂区域的背面。
89.在本发明实施例中，该垂直高压高浪涌jbs二极管还包括防氧化层3、第一钝化层4、截止环22以及第二钝化层7。防氧化层3覆盖在n型轻掺杂外延层2的表面上；第一钝化层4设置在n型轻掺杂外延层2的表面上；截止环22沿n型轻掺杂外延层2的边缘而布置；第二钝化层7覆盖在正面金属电极6的周缘表面和第一钝化层4的表面上。
90.在本发明实施例中，多个p型重掺杂区21间隔布置在n型轻掺杂外延层2的表面，p型重掺杂区21与n型轻掺杂外延层2形成pn结，肖特基接触结构和pn结交替布置。
91.为了进一步理解本发明，下面结合具体的实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。
92.实施例1
93.本实施例的垂直高压高浪涌jbs二极管的制作方法，步骤如下：
94.步骤一：提供衬底1，在低阻(0.002～0.004ohm.cm)、n型掺杂、晶向111的硅衬底1上mocvd生长n型ain外延势垒层(掺杂1e15，厚度5
±
0.5um)，在n型ain外延势垒层表面上覆
盖防氧化层3(gan gap)，防氧化层3厚度2nm。
95.步骤二：进行p+离子多次注入然后高温激活得到p型重掺杂区21。
96.步骤三：管芯边缘做n+截止环22，注入si，然后激活。
97.步骤四：淀积一层sio2作为第一钝化层4，厚度为1um，然后刻蚀开中间接触孔作为电极区域41，个别p型重掺杂区21对应至电极区域41，个别p型重掺杂区21对应至第一钝化层4下方。
98.步骤五：在对应至电极区域41的p型重掺杂区21上做200nm的镍层(金属层5)，形成欧姆接触。
99.步骤六：在电极区域41中做正面金属电极6，即30nm的铂电极材料层61，120nm的金电极材料层62，在500℃温度下合金与n型ain外延势垒层形成肖特基接触，并与镍层连接。
100.步骤七：在正面金属电极6的周缘表面和第一钝化层4的表面上覆盖一层sin作为第二钝化层7。
101.步骤八：衬底1背面减薄150um，蒸发ti/ni/ag，作为背面金属电极8；制作得到垂直高压高浪涌jbs二极管。
102.应理解，实施例1中至少一个步骤是可以省略的。
103.以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。