一种FRD的外延层结构芯片的制作方法

本技术涉及frd芯片制备，具体而言，涉及一种frd芯片的外延层设定及frd芯片。

背景技术：

1、半导体frd是快恢复二极管英文fast recovery diode的缩写,快恢复二极管是一种常用于高频整流电路中的二极管。

2、快恢复二极管(frd)具有开关性能好、反向恢复时间短、正向电流大等优点，在电力电子电路中作为高频、大电流的作为功率二极管或整流管，目前在电源、变频电源、电动车等广泛使用。

3、由于快恢复二极管的特点，主要应用于高压领域，因此通常需要在快恢复二极管的芯片边界处采用终端保护技术，即设置终端区减小表面电场强度，提高快恢复二极管的击穿电压。

4、由于终端区分压只是为了提高快恢复二极管的击穿电压，对导电能力并无贡献，因此优化终端耐压结构，减少终端结构面积，将有助于提高快恢复二极管的导电能力。高压500-1700v frd的性能要求高，由于器件制备上成熟工艺较多，但外延材料的设计仍有提高器件性能的可能。现有的高压500-1700v frd器件原有外延材料为单层，反向恢复性能有待于改进。现修改为双层外延，即在epi-2与substrate之间加一层缓冲层epi-1。这样做可以在离子注入推阱后，外延与衬底之间形成缓冲过渡区。这样可以使产品的反向恢复特性变好，尤其是反向恢复电流irrm，相对单层外延材料的可以减小很多。

5、现有的frd可以参考如下专利：cn201611076971.x提供一种frd芯片的终端结构及具有其的frd芯片。该frd芯片具有衬底和设置在衬底上的外延片，frd芯片包括终端结构和有源结构，终端结构围绕frd芯片的有源结构设置在外延片中，衬底向外延片延伸的方向为深度方向，终端耐压环数量为一个，设置在外延片中；终端截止环设置在终端耐压环的远离有源结构的一侧的外延片中，其中衬底、外延片和终端截止环的掺杂离子类型相同，终端耐压环和外延片的掺杂离子为反型离子。

技术实现思路

1、本实用新型的目的在于，提供一种frd芯片的外延层及在此外延层上芯片，以降低反向恢复电流irrm，使产品的反向恢复特性变好。

2、本实用新型的技术方案是，一种frd的(新的)外延层结构芯片，包括衬底和设置在衬底上的第一外延层和第二外延层，在第二外延层上设有frd芯片的有源结构(pn结)。

3、高压500-1700v的frd器件外延材料：使用双层外延层：第一外延层即在衬底上先淀积的层，为n型轻掺杂外延，掺杂离子为磷，电阻率范围为0.5-10ohm.cm,厚度范围小于等于20um，主要起缓冲过渡作用；第二外延层即在第一外延层上再淀积的层，为n型轻掺杂外延，掺杂离子为磷，电阻率范围为15-120ohm.cm,厚度范围为40-110um。使用的衬底为n型重掺杂衬底，掺杂离子为砷，电阻率范围为0.001-0.005ohm.cm。具体的电阻率和厚度可以依据实际产品的特征要求在上述范围内作相应的调整。

4、高压500-1700v的frd器件原有外延材料为单层，反向恢复性能有待于改进。现本申请提出双层外延结构，即在第二外延层epi-2与衬底substrate之间为一层缓冲层epi-1作为第一外延层。

5、这样做可以在离子注入阱后，第二外延层与衬底之间形成缓冲过渡区。这样可以使器件产品的反向恢复特性变好，尤其是反向恢复电流irrm，相对单层外延材料的可以减小很多。

6、有益效果：高压500-1700v frd器件外延层改为双层外延层，即在epi-2与substrate之间加一层缓冲层epi-1。这样做可以在离子注入推阱后，外延与衬底之间形成缓冲过渡区。这样可以使产品的反向恢复特性变好，尤其是反向恢复电流irrm，相对单层外延材料的可以减小很多(如图3反向恢复电流irr从2.1a降低到1.4a)。

技术特征：

1.一种frd的外延层结构芯片，其特征是，包括衬底和设置在衬底上的第一外延层和第二外延层，在第二外延层上设有frd芯片的有源结构 ；外延层中：第一外延层即在衬底上先淀积的层，为n型轻掺杂外延，掺杂离子为磷，电阻率范围为0.5-10ohm.cm,厚度范围小于20um；第二外延层是在第一外延层上再淀积的层，为n型轻掺杂外延，掺杂离子为磷，电阻率范围为15-120ohm.cm,厚度范围为40-110um；用于高压500-1700v 的frd器件。

技术总结
一种FRD的外延层结构芯片，对于高压500‑1700V的FRD器件，使用双层外延层：第一层外延层即在衬底上先淀积的层，为N型轻掺杂外延，掺杂离子为磷，电阻率范围为0.5‑10ohm.cm,厚度范围小于20um；第二层外延层即在第一层外延层上再淀积的层，为N型轻掺杂外延，掺杂离子为磷，电阻率范围为15‑120ohm.cm,厚度范围为40‑110um。具体的电阻率和厚度可以依据实际产品的特征要求在上述范围内作相应的调整。

技术研发人员：单慧,杨敏红,朱军,刘韵吉
受保护的技术使用者：桑德斯微电子器件（南京）有限公司
技术研发日：20230517
技术公布日：2024/3/24