一種快恢復(fù)二極管的結(jié)構(gòu)及其制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種快恢復(fù)二極管的結(jié)構(gòu)及其制造方法，該結(jié)構(gòu)包括：陰極金屬層；位于所述陰極金屬層上的陰極區(qū)，所述陰極區(qū)具有第一導(dǎo)電類型；位于所述陰極區(qū)上的漂移區(qū)，所述漂移區(qū)具有第一導(dǎo)電類型；位于所述漂移區(qū)上的陽極區(qū)，所述陽極區(qū)具有第二導(dǎo)電類型，所述漂移區(qū)和所述陽極區(qū)的界面處形成PN結(jié)，所述PN結(jié)處和/或所述漂移區(qū)中和或所述陽極區(qū)中形成有鍵合界面；和位于所述陽極區(qū)上的陽極金屬層。通過引入鍵合界面以在快恢復(fù)二極管體區(qū)形成低壽命區(qū)域，并且通過精確控制鍵合界面的位置，以精確地控制載流子在快恢復(fù)二極管體區(qū)的壽命分布，有效提高快恢復(fù)二極管的開關(guān)速度，同時保證開關(guān)軟度。
【專利說明】一種快恢復(fù)二極管的結(jié)構(gòu)及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體設(shè)計及制造領(lǐng)域，特別涉及一種快恢復(fù)二極管的結(jié)構(gòu)及其方法。
【背景技術(shù)】 [0002]FRD (快恢復(fù)二極管)具有工作頻率高、導(dǎo)通壓低等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于功率控制電路，起續(xù)流或整流的作用。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，要求FRD具有更高的工作頻率以及更好的開關(guān)軟度。
[0003]圖1所示為傳統(tǒng)的FRD的結(jié)構(gòu)示意圖。以PIN+型二極管的FRD為例，F(xiàn)RD從下至上依次包括:陰極金屬層101、陰極層102 (N+區(qū))、漂移區(qū)103 (N區(qū))、陽極區(qū)104 (P區(qū))和陽極金屬層105。FRD的工作頻率與關(guān)斷時漂移區(qū)103存儲的過剩載流子的壽命有關(guān)。載流子的壽命越短，反向恢復(fù)時間越短，工作頻率越高。目前主要是通過電子輻照、重金屬摻雜、質(zhì)子注入以及氦離子注入等工藝來控制縮短過剩載流子的壽命，從而降低關(guān)斷時間，提高工作頻率。
[0004]上述各種方法制得的器件都有明顯的缺陷:采用電子輻照制得的器件，雖然能夠提高FRD的開關(guān)頻率，但是同時FRD的開關(guān)軟度有所降低，并且通過電子輻照形成的壽命控制在高溫下容易退化，而且該方法對封裝工藝條件有限制；采用重金屬摻雜制得的器件，重金屬在器件中的分布不可控；采用質(zhì)子和氦離子注入制得的器件，在提高工作頻率的同時也提高開關(guān)軟度，但是需要進(jìn)行高能離子注入，成本高，工藝難度大，而且注入的深度有限。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的旨在至少解決上述技術(shù)缺陷之一，特別是提供一種FRD的結(jié)構(gòu)及其制造方法，在提高FRD的工作頻率的同時保證開關(guān)軟度，提高局域壽命控制效果。
[0006]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明一方面提供一種快恢復(fù)二極管的結(jié)構(gòu)，包括:陰極金屬層；位于所述陰極金屬層上的陰極區(qū)，所述陰極區(qū)具有第一導(dǎo)電類型；位于所述陰極區(qū)上的漂移區(qū)，所述漂移區(qū)具有第一導(dǎo)電類型；位于所述漂移區(qū)上的陽極區(qū)，所述陽極區(qū)具有第二導(dǎo)電類型，所述漂移區(qū)和所述陽極區(qū)的界面處形成PN結(jié)，所述PN結(jié)處和/或所述漂移區(qū)中和或所述陽極區(qū)中形成有鍵合界面；和位于所述陽極區(qū)上的陽極金屬層。
[0007]在本發(fā)明的一個實(shí)施例中，當(dāng)所述鍵合界面位于所述漂移區(qū)時，所述鍵合界面到所述PN結(jié)的距離為Cl1，所述鍵合界面到所述漂移區(qū)和所述陰極區(qū)的界面處的距離為Cl2^1/d2的取值范圍為(0，1/2]。通過控制鍵合界面在漂移區(qū)的深度，使位于鍵合界面的復(fù)合中心(即低壽命區(qū)域)對FRD的軟度幾乎不產(chǎn)生影響。
[0008]在本發(fā)明的一個實(shí)施例中，所述漂移區(qū)中和或所述陽極區(qū)中形成有多個鍵合界面。根據(jù)實(shí)際情況將鍵合界面形成在預(yù)定的深度范圍，并且通過形成多個低壽命區(qū)域，更大程度上降低少數(shù)載流子的壽命，縮短反向恢復(fù)時間，從而進(jìn)一步提高FRD的開關(guān)頻率。
[0009]在本發(fā)明的一個實(shí)施例中，當(dāng)所述漂移區(qū)中形成有多個鍵合界面時，距離所述PN結(jié)最遠(yuǎn)的鍵合界面到所述PN結(jié)的距離為Cl1，所述最遠(yuǎn)的鍵合界面到所述漂移區(qū)和所述陰極區(qū)的界面處的距離為C^d1Al2的取值范圍為(O，1/2]。通過控制鍵合界面在漂移區(qū)的深度，使位于鍵合界面的復(fù)合中心(即低壽命區(qū)域)對FRD的軟度幾乎不產(chǎn)生影響。[0010]在本發(fā)明的一個實(shí)施例中，形成所述鍵合界面的兩個晶片的晶向和摻雜濃度相同。當(dāng)形成所述鍵合界面的兩個晶片采用相同的晶向時，兩晶片的晶面原子面密度相同，鍵合界面處絕大多數(shù)原子間形成共價鍵，晶格缺陷相對較少，從而載流子壽命相對較高。在本發(fā)明的另一個實(shí)施例中，形成所述鍵合界面的兩個晶片的晶向和摻雜濃度不相同。當(dāng)形成所述鍵合界面的兩個晶片采用不同的晶向時，兩晶片的晶面原子面密度不同，有較多的原子沒有形成共價鍵，晶格缺陷相對較多，從而載流子壽命相對較低。故在實(shí)際應(yīng)用中，可以根據(jù)對器件壽命控制水平的要求選取相同或者不同的晶向鍵合。
[0011]本發(fā)明另一方面提供一種FRD的制造方法，包括以下步驟:提供第一晶片，所述第一晶片包括陰極區(qū)和位于所述陰極區(qū)上的漂移區(qū)，所述陰極區(qū)和所述漂移區(qū)具有第一導(dǎo)電類型；在所述第一晶片的漂移區(qū)上依次鍵合一個或多個第二晶片，每個所述第二晶片具有第一導(dǎo)電類型，以及分別將每個所述第二晶片減薄至所需厚度；對所述第二晶片進(jìn)行摻雜以形成具有第二導(dǎo)電類型的陽極區(qū)；和在所述第一晶片的陰極區(qū)下方形成陰極金屬層，以及在所述陽極區(qū)上形成陽極金屬層。
[0012]在本發(fā)明的一個實(shí)施例中，所述第一晶片包括襯底和形成在所述襯底上的外延層，所述襯底為所述陰極區(qū)，所述外延層為所述漂移區(qū)。
[0013]在本發(fā)明的實(shí)施例中，當(dāng)對所述第二晶片進(jìn)行摻雜以形成具有第二導(dǎo)電類型的陽極區(qū)后，具有第二導(dǎo)電類型的陽極區(qū)和與之相鄰的第一導(dǎo)電類型的區(qū)域(可能是第二晶片或者第一晶片的區(qū)域)之間即形成PN結(jié)。根據(jù)摻雜深度的不同，鍵合界面和PN結(jié)之間的位置關(guān)系包括以下三種情況:
[0014]在本發(fā)明的一個實(shí)施例中，對所述第二晶片進(jìn)行摻雜，控制摻雜深度小于減薄后的一個或多個所述第二晶片的厚度，即至少一個鍵合界面位于PN結(jié)之下。在這種情況下，假設(shè)所述陽極區(qū)的底部與所述第二晶片和所述第一晶片的鍵合界面之間的距離為Cl1，所述第一晶片的外延層的厚度為d2，則Cl1M2的取值范圍為(0，1/2]。根據(jù)本發(fā)明的FRD的制造方法，通過精確控制鍵合界面在FRD體區(qū)的位置，故可以將鍵合界面設(shè)置在對FRD的軟度幾乎不產(chǎn)生影響的位置。
[0015]在本發(fā)明的一個實(shí)施例中，對所述第二晶片進(jìn)行摻雜，控制摻雜深度等于減薄后的一個或多個所述第二晶片的厚度，即其中一個鍵合界面位于PN結(jié)處。
[0016]在本發(fā)明的一個實(shí)施例中，對所述第二晶片進(jìn)行摻雜，控制摻雜深度大于減薄后的一個或多個所述第二晶片的厚度，即至少一個鍵合界面位于PN結(jié)之上。
[0017]在本發(fā)明的一個實(shí)施例中，所述外延層和每個所述第二晶片的晶向和摻雜濃度相同。當(dāng)相互鍵合的兩個晶片采用相同的晶向時，兩晶片的晶面原子面密度相同，鍵合界面處絕大多數(shù)原子間形成共價鍵，晶格缺陷相對較少，從而載流子壽命相對較高。在本發(fā)明的另一個實(shí)施例中，所述外延層和與之相鄰的所述第二晶片的晶向和摻雜濃度不相同，相鄰的兩個所述第二晶片的晶向和摻雜濃度不相同。當(dāng)相互鍵合的兩個晶片采用不同的晶向時，兩晶片的晶面原子面密度不同，有較多的原子沒有形成共價鍵，晶格缺陷相對較多，從而載流子壽命相對較低。故在實(shí)際應(yīng)用中，可以根據(jù)對器件壽命控制水平的要求選取相同或者不同的晶向鍵合。
[0018]在本發(fā)明的一個實(shí)施例中，在形成所述陽極區(qū)之后還包括:進(jìn)行電子輻照和/或重金屬摻雜。通過與鍵合技術(shù)相結(jié)合，以改善器件壽命控制水平，提高FRD的速度和軟度。
[0019]本發(fā)明提供一種FRD的結(jié)構(gòu)及其制造方法，本發(fā)明的有益效果體現(xiàn)如下:
[0020](I)通過鍵合技術(shù)，在FRD的體區(qū)卿PN結(jié)處和/或PN結(jié)之上的陽極區(qū)和/或PN結(jié)之下的陰極區(qū))形成鍵合界面，一方面由于在鍵合界面附近產(chǎn)生大量缺陷，另一方面由于鍵合過程中的其它工藝步驟也會在器件表面引入一定的雜質(zhì)，這些缺陷和雜質(zhì)形成穩(wěn)定的復(fù)合中心，從而降低少數(shù)載流子的壽命，使鍵合界面成為低壽命區(qū)域，進(jìn)而提高FRD的開關(guān)頻率；
[0021](2)根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的FRD的結(jié)構(gòu)及其制造方法，可以精確控制鍵合界面在FRD的體區(qū)的位置，從而能夠精確的控制載流子在FRD體區(qū)的壽命分布，有效提高FRD的開關(guān)速度，同時不明顯惡化FRD的正向壓降和開關(guān)軟度；
[0022](3)根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的FRD的制造方法不需要高能離子注入，工藝簡單易實(shí)現(xiàn)，成本低；
[0023](4)本發(fā)明實(shí)施例還可以配合其他已知的壽命控制技術(shù)靈活使用，例如，在采用鍵合技術(shù)的基礎(chǔ)上，適當(dāng)引入輕微的電子輻照或者重金屬摻雜等技術(shù)，以達(dá)到實(shí)際所需要的器件壽命控制水平，提高FRD的速度和軟度。
[0024]本發(fā)明附加的方面和優(yōu)點(diǎn)將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本發(fā)明的實(shí)踐了解到。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0025]本發(fā)明上述的和/或附加的方面和優(yōu)點(diǎn)從下面結(jié)合附圖對實(shí)施例的描述中將變得明顯和容易理解，其中:
[0026]圖1為傳統(tǒng)的FRD的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0027]圖2為根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的FRD的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0028]圖3為根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的FRD的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0029]圖4為根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的FRD的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0030]圖5為根據(jù)本發(fā)明第四實(shí)施例的FRD的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0031]圖6-13為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的FRD結(jié)構(gòu)的制造方法的中間步驟的結(jié)構(gòu)示意圖?！揪唧w實(shí)施方式】
[0032]下面詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施例，所述實(shí)施例的示例在附圖中示出，其中為區(qū)別和表述方便起見，在不同實(shí)施例中以不同的標(biāo)號表示相同的或具有類似功能的部件或元件。下面通過參考附圖描述的實(shí)施例是示例性的，僅用于解釋本發(fā)明，而不能解釋為對本發(fā)明的限制。
[0033]在本發(fā)明的描述中，需要理解的是，術(shù)語“中心”、“縱向”、“橫向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底” “內(nèi)”、“外”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附
圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對本發(fā)明的限制。
[0034]需要說明的是，此外，術(shù)語“第一”、“第二”僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性或者隱含指明所指示的技術(shù)特征的數(shù)量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隱含地包括一個或者更多個該特征。進(jìn)一步地，在本發(fā)明的描述中，除非另有說明，“多個”的含義是兩個或兩個以上。
[0035]本發(fā)明通過采用簡單的鍵合技術(shù)在FRD體區(qū)內(nèi)形成鍵合界面，相互鍵合的兩個晶片中的晶格發(fā)生鍵與鍵的斷裂和重新組合，所以在鍵合界面附近必然產(chǎn)生大量缺陷，同時在鍵合過程中的其它工藝步驟也會在表面引入一定的雜質(zhì)，這些缺陷和雜質(zhì)形成穩(wěn)定的復(fù)合中心，這些復(fù)合中心降低載流子的壽命，使鍵合界面成為低壽命區(qū)域，從而提高FRD的開關(guān)頻率。由于低壽命區(qū)域產(chǎn)生于鍵合界面附近，故通過精確控制鍵合界面在FRD的體區(qū)的位置，即可以精確地控制載流子在FRD體區(qū)的壽命分布，有效提高FRD的開關(guān)速度，同時不明顯惡化FRD的正向壓降和開關(guān)軟度。根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例，鍵合界面可以設(shè)置在器件的PN結(jié)下方、PN結(jié)處以及PN結(jié)上方，并且可以設(shè)置多個鍵合界面。下面結(jié)合附圖2-5具體說明基于上述發(fā)明思想的四個實(shí)施例。
[0036]需要說明的是，本發(fā)明以下各實(shí)施例均以PIN+型二極管的FRD為例進(jìn)行說明，對于NIP+型二極管的FRD，可以參照本發(fā)明實(shí)施例，相應(yīng)改變摻雜類型即可，在此不再贅述。
[0037]圖2為根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的FRD的結(jié)構(gòu)示意圖。在本實(shí)施例中，鍵合界面設(shè)置在器件的PN結(jié)下方。如圖2所示，該FRD結(jié)構(gòu)從下至上依次包括:陰極金屬層201 ;位于陰極金屬層201上的N型陰極區(qū)202，在本實(shí)施例中，優(yōu)選地，陰極區(qū)202為N+型；位于陰極區(qū)202上的N型漂移區(qū)；位于漂移區(qū)上的P型陽極區(qū)204，N型漂移區(qū)和P型陽極區(qū)204的界面處形成PN結(jié)，漂移區(qū)中形成有鍵合界面HH’(如圖2中虛線所示)，其中，鍵合界面HH’將漂移區(qū)沿層堆疊方向劃分為兩部分，包括第一漂移區(qū)203和第二漂移區(qū)206，第二漂移區(qū)206位于第一漂移區(qū)203的上；和位于陽極區(qū)204上的陽極金屬層205。
[0038]在本實(shí)施例中，如圖2所示，設(shè)鍵合界面HH’到PN結(jié)的距離為Cl1，鍵合界面HH’到第一漂移區(qū)203和陰極區(qū)202的界面處的距離為d2，則優(yōu)選地，Cl1M2的取值范圍為(0，1/2]。通過控制鍵合界面在漂移區(qū)的深度，使位于鍵合界面的復(fù)合中心(即低壽命區(qū)域)對FRD的軟度幾乎不產(chǎn)生影響。
[0039]圖3為根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的FRD的結(jié)構(gòu)示意圖。在本實(shí)施例中，鍵合界面設(shè)置在器件的PN結(jié)處。如圖3所示，該FRD結(jié)構(gòu)從下至上依次包括:陰極金屬層301 ;位于陰極金屬層301上的N型陰極區(qū)302，在本實(shí)施例中，優(yōu)選地，陰極區(qū)302為N+型；位于陰極區(qū)302上的N型漂移區(qū)303 ;位于漂移區(qū)303上的P型陽極區(qū)304，N型漂移區(qū)303和P型陽極區(qū)304的界面處形成PN結(jié)，PN結(jié)處形成有鍵合界面HH’(如圖3中虛線所示);和位于陽極區(qū)304上的陽極金屬層305。
[0040]圖4為根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的FRD的結(jié)構(gòu)示意圖。在本實(shí)施例中，鍵合界面設(shè)置在器件的PN結(jié)上方。如圖4所示，該FRD結(jié)構(gòu)從下至上依次包括:陰極金屬層401 ;位于陰極金屬層401上的N型陰極區(qū)402，在本實(shí)施例中，優(yōu)選地，陰極區(qū)402為N+型；位于陰極區(qū)402上的N型漂移區(qū)403 ;位于漂移區(qū)403上的P型陽極區(qū)，N型漂移區(qū)403和P型陽極區(qū)的界面處形成PN結(jié)，陽極區(qū)內(nèi)形成有鍵合界面HH’(如圖4中虛線所示)，其中，鍵合界面HH’將陽極區(qū)沿層堆疊方向劃分為兩部分，包括第一陽極區(qū)404和第二陽極區(qū)406，第二陽極區(qū)406位于第一陽極區(qū)404上；和位于第二陽極區(qū)406上的陽極金屬層405。
[0041]圖5為根據(jù)本發(fā)明第四實(shí)施例的FRD的結(jié)構(gòu)示意圖。在本實(shí)施例中，鍵合界面設(shè)置在器件的PN結(jié)下方且設(shè)置有多個鍵合界面。如圖5所示，該FRD結(jié)構(gòu)從下至上依次包括:陰極金屬層501 ;位于陰極金屬層501上的N型陰極區(qū)502，在本實(shí)施例中，優(yōu)選地，陰極區(qū)502為N+型；位于陰極區(qū)502上的N型漂移區(qū)；位于漂移區(qū)上的P型陽極區(qū)504，N型漂移區(qū)和P型陽極區(qū)504的界面處形成PN結(jié)，漂移區(qū)內(nèi)形成有鍵合界面H1H1 ’和H2H2’(如圖5中虛線所示)，其中，鍵合界面H1H1’和H2H2’將漂移區(qū)沿層堆疊方向劃分為三部分，自下至上分別記為漂移區(qū)503、漂移區(qū)506和漂移區(qū)507 ;和位于陽極區(qū)404上的陽極金屬層405。
[0042]需指出的是，圖5所示的在漂移區(qū)中形成兩個鍵合界面的第四實(shí)施例僅僅用于說明本發(fā)明的一種實(shí)施例，并不用于限制本發(fā)明。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)對低壽命區(qū)域的控制需要，在漂移區(qū)中和/或陽極區(qū)中分別設(shè)置多個鍵合界面，還可以包括在PN結(jié)處設(shè)置一個鍵合界面，并且根據(jù)實(shí)際情況將各個鍵合界面形成在預(yù)定的深度范圍。并且通過形成多個低壽命區(qū)域，更大程度上降低少數(shù)載流子的壽命，縮短反向恢復(fù)時間，從而進(jìn)一步提高FRD的開關(guān)頻率。
[0043]在本實(shí)施例中，如圖5所示，當(dāng)漂移區(qū)中形成有多個鍵合界面時，設(shè)距離PN結(jié)最遠(yuǎn)的鍵合界面H1H1’到PN結(jié)的距離為Cl1，鍵合界面H1H1’到漂移區(qū)503和陰極區(qū)502的界面處的距離為(12，則優(yōu)選地，(Vd2的取值范圍為(0，1/2]。通過控制鍵合界面在漂移區(qū)的深度，使位于鍵合界面的復(fù)合中心(即低壽命區(qū)域)對FRD的軟度幾乎不產(chǎn)生影響。
[0044]在上述四個實(shí)施例中，形成鍵合界面的兩個晶片的晶向和摻雜濃度可以相同。例如，當(dāng)形成鍵合界面的兩個晶片采用相同的晶向時，兩晶片的晶面原子面密度相同，鍵合界面處絕大多數(shù)原子間形成共價鍵，晶格缺陷相對較少，從而載流子壽命相對較高?？蛇x地，形成鍵合界面的兩個晶片的晶向和摻雜濃度可以不相同。當(dāng)形成鍵合界面的兩個晶片采用不同的晶向時，兩晶片的晶面原子面密度不同，有較多的原子沒有形成共價鍵，晶格缺陷相對較多，從而載流子壽命相對較低。故在實(shí)際應(yīng)用中，可以根據(jù)對器件壽命控制水平的要求選取相同或者不同的晶向鍵合。
[0045]下面結(jié)合附圖6-13描述根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的FRD結(jié)構(gòu)的制造方法。需指出的是，為描述方便起見，下述制造方法的中間步驟的結(jié)構(gòu)示意圖6-13中的標(biāo)號與上述第四實(shí)施例的FRD結(jié)構(gòu)中的標(biāo)號相對應(yīng)，對于第一、第二、第三實(shí)施例的FRD結(jié)構(gòu)本領(lǐng)域技術(shù)人員可以相應(yīng)地對應(yīng)為圖6-13中的標(biāo)號，在此不再一一贅述。該方法包括以下步驟:
[0046]步驟SlOl:提供第一晶片，第一晶片包括陰極區(qū)502和位于陰極區(qū)502上的漂移區(qū)503，陰極區(qū)502和漂移區(qū)503具有第一導(dǎo)電類型，如圖6所示。第一晶片以及下述的第二晶片的材料包括但不限于基本半導(dǎo)體，例如硅、鍺、金剛石，或化合物半導(dǎo)體，例如碳化硅、砷化鎵、砷化銦或者磷化銦。第一晶片可以可選地包括外延層，可以被應(yīng)力改變以增強(qiáng)其性能，以及可以包括摻雜配置。例如在本實(shí)施例中，提供的第一晶片包括N+型襯底和形成在襯底上的N型外延層。其中，N+型襯底即為陰極區(qū)502，N型外延層即為漂移區(qū)503。
[0047]步驟S102:在第一晶片的漂移區(qū)503上依次鍵合一個或多個第二晶片，每個第二晶片具有第一導(dǎo)電類型，以及分別將每個第二晶片減薄至所需厚度。在本實(shí)施例中，第二晶片為N型，且以在外延層503 (即漂移區(qū)503)上鍵合兩個第二晶片為例。對于在外延層503上鍵合更多個晶片的方案，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以參照本實(shí)施例進(jìn)行，在此不再贅述。具體地，首先在外延層503上鍵合第一個第二晶片506并減薄(例如通過研磨工藝)至所需厚度，第二晶片506與外延層503之間形成鍵合界面H1H1'如圖7所示。然后在第二晶片506上鍵合第二個第二晶片507并減薄至所需厚度，第二晶片507與第二晶片506之間形成鍵合界面H2H2'如圖8所示。在本實(shí)施例中，由于鍵合界面H1H1 ’和H2H2’的位置可以由第二晶片506和第二晶片507的厚度精確控制，而這些厚度控制從工藝(例如研磨工藝)角度是容易實(shí)現(xiàn)的，故根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的制造方法，可以實(shí)現(xiàn)精確地控制載流子在FRD體區(qū)內(nèi)的壽命分布，有效提高FRD的開關(guān)速度，同時不明顯惡化FRD的正向壓降和開關(guān)軟度。
[0048]步驟S103:對第二晶片進(jìn)行摻雜以形成具有第二導(dǎo)電類型的陽極區(qū)。當(dāng)對第二晶片進(jìn)行摻雜以形成具有第二導(dǎo)電類型的陽極區(qū)后，具有第二導(dǎo)電類型的陽極區(qū)和與之相鄰的第一導(dǎo)電類型的區(qū)域(可能是第二晶片或者第一晶片的區(qū)域)之間即形成PN結(jié)。根據(jù)摻雜深度的不同，鍵合界面和PN結(jié)之間的位置關(guān)系包括以下三種情況:
[0049](I)至少一個鍵合界面位于PN結(jié)之下(例如第一或第四實(shí)施例的FRD結(jié)構(gòu))。具體地，可以通過在第二晶片507的表面進(jìn)行離子注入以形成P型摻雜區(qū)作為陽極區(qū)504，并且控制摻雜深度小于減薄后的第二晶片507的厚度，即，使鍵合界面H2H2’和H1H1 ’均位于PN結(jié)之下，如圖9所示。當(dāng)然，在另外的實(shí)施例中，還可以通過對第二晶片507和第二晶片506進(jìn)行離子注入以形成P型摻雜區(qū)作為陽極區(qū)504，并且控制摻雜深度大于減薄后的第二晶片507的厚度但小于減薄后的第二晶片507和第二晶片506的厚度和，即，僅使鍵合界面H1H1’位于PN結(jié)之下，如圖10所示。需指出的是，在這種情況下，假設(shè)陽極區(qū)504的底部與第二晶片506和第一晶片的鍵合界面之間的距離為Cl1，第一晶片的外延層503的厚度為d2，則優(yōu)選地，Cl1M2的取值范圍為(0，1/2]。根據(jù)本發(fā)明的FRD的制造方法，通過精確控制鍵合界面在FRD體區(qū)的位置，故可以將鍵合界面設(shè)置在對FRD的軟度幾乎不產(chǎn)生影響的位置。
[0050](2)其中一個鍵合界面位于PN結(jié)處(例如第二實(shí)施例的FRD結(jié)構(gòu))。具體地，可以通過對第二晶片507進(jìn)行離子注入以形成P型摻雜區(qū)作為陽極區(qū)504，并且控制摻雜深度等于減薄后的第二晶片507的厚度，即，使PN結(jié)位于鍵合界面H2H2’處，而另一個鍵合界面H1H1 ’位于PN結(jié)之下，如圖11所示。當(dāng)然，在另外的實(shí)施例中，還可以通過對第二晶片507和第二晶片506進(jìn)行離子注入以形成P型摻雜區(qū)作為陽極區(qū)504，并且控制摻雜深度等于減薄后的第二晶片507和第二晶片506的厚度和，即，使PN結(jié)位于鍵合界面H1H1 ’處，而另一個鍵合界面H2H2’位于PN結(jié)之上，如圖12所示。
[0051](3)至少一個鍵合界面位于PN結(jié)之上(例如第三實(shí)施例的FRD結(jié)構(gòu))。具體地，可以通過對第二晶片507和第二晶片506進(jìn)行離子注入以形成P型摻雜區(qū)作為陽極區(qū)504，并且控制摻雜深度大于減薄后的第二晶片507的厚度。在一個實(shí)施例中，如果摻雜深度大于減薄后的第二晶片507的厚度但小于第二晶片507和第二晶片506的厚度和，即，使鍵合界面H2H2’位于PN結(jié)之上，鍵合界面H1H1 ’位于PN結(jié)之下，這種情況與圖10所示的情況相同。在另一個實(shí)施例中，如果摻雜深度大于減薄后的第二晶片507和第二晶片506的厚度和，即，鍵合界面H2H2’和H1H1 ’均位于PN結(jié)之上，如圖13所示。
[0052]步驟S105:在第一晶片的陰極區(qū)502下方形成陰極金屬層501，以及在陽極區(qū)504上形成陽極金屬層505，如圖5所示。陰極金屬層501和陽極金屬層505均可以通過蒸發(fā)、濺射或者化學(xué)氣相沉積(CVD)、物理氣相沉積(PVD)、原子層沉積(ALD)等淀積工藝形成。
[0053]需指出的是，在根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的制造方法中，形成鍵合界面的兩個晶片的晶向和摻雜濃度可以相同。例如，當(dāng)形成鍵合界面的兩個晶片采用相同的晶向時，兩晶片的晶面原子面密度相同，鍵合界面處絕大多數(shù)原子間形成共價鍵，晶格缺陷相對較少，從而載流子壽命相對較高。可選地，形成鍵合界面的兩個晶片的晶向和摻雜濃度可以不相同。當(dāng)形成鍵合界面的兩個晶片采用不同的晶向時，兩晶片的晶面原子面密度不同，有較多的原子沒有形成共價鍵，晶格缺陷相對較多，從而載流子壽命相對較低。故在實(shí)際應(yīng)用中，可以根據(jù)對器件壽命控制水平的要求選取相同或者不同的晶向鍵合。
[0054]另外需指出的是，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的上述三種方法均可以配合其他已知的壽命控制技術(shù)靈活使用，例如，在采用鍵合技術(shù)的基礎(chǔ)上，當(dāng)形成陽極區(qū)之后，適當(dāng)引入輕微的電子輻照或者重金屬摻雜等技術(shù)，以達(dá)到實(shí)際所需要的器件壽命控制水平，提高FRD的速度和軟度。
[0055]本發(fā)明提供一種FRD的結(jié)構(gòu)及其制造方法。通過鍵合技術(shù)，在FRD的體區(qū)卿PN結(jié)處和/或PN結(jié)之上的陽極區(qū)和/或PN結(jié)之下的陰極區(qū))形成鍵合界面，一方面由于在鍵合界面附近產(chǎn)生大量缺陷，另一方面由于鍵合過程中的其它工藝步驟也會在器件表面引入一定的雜質(zhì)，這些缺陷和雜質(zhì)形成穩(wěn)定的復(fù)合中心，從而降低少數(shù)載流子的壽命，使鍵合界面成為低壽命區(qū)域，進(jìn)而提高FRD的開關(guān)頻率。另外，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的FRD的結(jié)構(gòu)及其制造方法，可以精確控制鍵合界面在FRD的體區(qū)的位置，從而能夠精確的控制載流子在FRD體區(qū)的壽命分布，有效提高FRD的開關(guān)速度，同時不明顯惡化FRD的正向壓降和開關(guān)軟度。同時，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的FRD的制造方法不需要高能離子注入，工藝簡單易實(shí)現(xiàn)，成本低。
[0056]在本說明書的描述中，參考術(shù)語“一個實(shí)施例”、“一些實(shí)施例”、“示例”、“具體示例”、或“一些示例”等的描述意指結(jié)合該實(shí)施例或示例描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點(diǎn)包含于本發(fā)明的至少一個實(shí)施例或示例中。在本說明書中，對上述術(shù)語的示意性表述不一定指的是相同的實(shí)施例或示例。而且，描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點(diǎn)可以在任何的一個或多個實(shí)施例或示例中以合適的方式結(jié)合。
[0057]盡管已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實(shí)施例，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以理解在不脫離本發(fā)明的原理和精神的情況下可以對這些實(shí)施例進(jìn)行多種變化、修改、替換和變型，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求及其等同限定。
【權(quán)利要求】
1.一種快恢復(fù)二極管的結(jié)構(gòu)，包括: 陰極金屬層； 位于所述陰極金屬層上的陰極區(qū)，所述陰極區(qū)具有第一導(dǎo)電類型； 位于所述陰極區(qū)上的漂移區(qū)，所述漂移區(qū)具有第一導(dǎo)電類型； 位于所述漂移區(qū)上的陽極區(qū)，所述陽極區(qū)具有第二導(dǎo)電類型，所述漂移區(qū)和所述陽極區(qū)的界面處形成PN結(jié)，所述PN結(jié)處和/或所述漂移區(qū)中和/或所述陽極區(qū)中形成有鍵合界面；和 位于所述陽極區(qū)上的陽極金屬層。
2.如權(quán)利要求1所述的快恢復(fù)二極管的結(jié)構(gòu)，其特征在于，當(dāng)所述鍵合界面位于所述漂移區(qū)時，所述鍵合界面到所述PN結(jié)的距離為Cl1，所述鍵合界面到所述漂移區(qū)和所述陰極區(qū)的界面處的距離為d2，Cl1M2的取值范圍為(O，1/2]。
3.如權(quán)利要求1所述的快恢復(fù)二極管的結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述漂移區(qū)中和/或所述陽極區(qū)中形成有多個鍵合界面。
4.如權(quán)利要求3所述的快恢復(fù)二極管的結(jié)構(gòu)，其特征在于，當(dāng)所述漂移區(qū)中形成有多個鍵合界面時，距離所述PN結(jié)最遠(yuǎn)的鍵合界面到所述PN結(jié)的距離為Cl1，所述最遠(yuǎn)的鍵合界面到所述漂移區(qū)和所述陰極區(qū)的界面處的距離為d2，Cl1Zd2的取值范圍為(O，1/2]。
5.如權(quán)利要求1所述的快恢復(fù)二極管的結(jié)構(gòu)，其特征在于，形成所述鍵合界面的兩個晶片的晶向和摻雜濃度相同。
6.如權(quán)利要求1所述的快恢復(fù)二極管的結(jié)構(gòu)，其特征在于，形成所述鍵合界面的兩個晶片的晶向和摻雜濃度不相同。
7.一種快恢復(fù)二極管的制造方法，包括以下步驟: 提供第一晶片，所述第一晶片包括陰極區(qū)和位于所述陰極區(qū)上的漂移區(qū)，所述陰極區(qū)和所述漂移區(qū)具有第一導(dǎo)電類型； 在所述第一晶片的漂移區(qū)上依次鍵合一個或多個第二晶片，每個所述第二晶片具有第一導(dǎo)電類型，以及分別將每個所述第二晶片減薄至所需厚度； 對所述第二晶片進(jìn)行 摻雜以形成具有第二導(dǎo)電類型的陽極區(qū)；和 在所述第一晶片的陰極區(qū)下方形成陰極金屬層，以及在所述陽極區(qū)上形成陽極金屬層。
8.如權(quán)利要求7所述的制造方法，其特征在于，所述第一晶片包括襯底和形成在所述襯底上的外延層，所述襯底為所述陰極區(qū)，所述外延層為所述漂移區(qū)。
9.如權(quán)利要求7所述的制造方法，其特征在于，對所述第二晶片進(jìn)行摻雜，控制摻雜深度小于減薄后的一個或多個所述第二晶片的厚度。
10.如權(quán)利要求8或9所述的制造方法，其特征在于，所述陽極區(qū)的底部與所述第二晶片和所述第一晶片的鍵合界面之間的距離為Cl1，所述第一晶片的外延層的厚度為d2，Cl1Zd2的取值范圍為(0，1/2]。
11.如權(quán)利要求7所述的制造方法，其特征在于，對所述第二晶片進(jìn)行摻雜，控制摻雜深度等于減薄后的一個或多個所述第二晶片的厚度。
12.如權(quán)利要求7所述的制造方法，其特征在于，對所述第二晶片進(jìn)行摻雜，控制摻雜深度大于減薄后的一個或多個所述第二晶片的厚度。
13.如權(quán)利要求8所述的制造方法，其特征在于，所述外延層和每個所述第二晶片的晶向和摻雜濃度相同。
14.如權(quán)利要求8所述的制造方法，其特征在于，所述外延層和與之相鄰的所述第二晶片的晶向和摻雜濃度不相同，相鄰的兩個所述第二晶片的晶向和摻雜濃度不相同。
15.如權(quán)利要求7所述的制造方法，其特征在于，在形成所述陽極區(qū)之后還包括:進(jìn)行電子輻照和/或 重金屬摻雜。
【文檔編號】H01L29/45GK103700712SQ201210367302
【公開日】2014年4月2日 申請日期:2012年9月27日 優(yōu)先權(quán)日:2012年9月27日
【發(fā)明者】吳海平, 郝瑞紅, 肖秀光 申請人:比亞迪股份有限公司