一种基于金刚石的JBS二极管及其制作方法与流程

一种基于金刚石的jbs二极管及其制作方法
技术领域
1.本发明属于半导体功率器件领域，涉及一种jbs二极管，具体涉及一种基于金刚石的jbs二极管及其制作方法。

背景技术：

2.jbs二极管作为一种主流的二极管器件，其具备高耐压、低导通压降的优势。但是由于耐压等级和电流能力的不断提高，其结构越来越复杂才能满足电压和电流的设计要求。同时，由于si基器件的热导率很低，只有1.5w/cm/k，其难以满足高温工作条件。在此条件下，兼顾反向高耐压、正向低压降、大电流和耐高温的jbs二极管就成为一个需要解决的问题。

技术实现要素：

3.有鉴于此，本发明目的是为了克服现有技术的不足而提供一种基于金刚石的jbs二极管。
4.为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种基于金刚石的jbs二极管，它包括：
5.n型重掺杂衬底；
6.n型外延层，所述n型外延层形成在所述n型重掺杂衬底的任一表面上；
7.n型重掺杂外延层，所述n型重掺杂外延层嵌入所述n型外延层且背离所述n型重掺杂衬底；
8.p型重掺杂外延层，所述p型重掺杂外延层贯穿所述n型重掺杂外延层且嵌入所述n型外延层；
9.介质层，所述介质层形成在所述n型外延层中与所述n型重掺杂衬底相背的表面上；
10.第一欧姆电极，所述第一欧姆电极形成在所述n型重掺杂衬底中与所述n型外延层相背的表面上；
11.第二欧姆电极，所述第二欧姆电极嵌设在所述介质层内且与所述n型重掺杂外延层、所述p型重掺杂外延层相接触。
12.优化地，所述n型重掺杂衬底的材质为金刚石。
13.优化地，所述p型重掺杂外延层的深度是所述n型重掺杂外延层深度的两倍。
14.优化地，所述第二欧姆电极与所述p型重掺杂外延层是欧姆接触。
15.优化地，所述第二欧姆电极与所述n型重掺杂外延层是肖特基接触。
16.本发明的又一目的在于提供一种上述基于金刚石的jbs二极管的制作方法，包括以下步骤：
17.(a)在n型重掺杂衬底的任一表面上进行淀积形成n型外延层；
18.(b)在所述n型外延层中背离所述n型重掺杂衬底的表面上形成第一阻挡层，对第
一阻挡层进行蚀刻形成多个第一通孔，利用多个所述第一通孔对所述n型外延层进行离子注入形成p型重掺杂外延层；
19.(c)去除所述第一阻挡层，在所述n型外延层中背离所述n型重掺杂衬底的表面上形成第二阻挡层，对所述第二阻挡层进行蚀刻形成与多个所述第一通孔错开的多个第二通孔，利用多个所述第二通孔对所述n型外延层进行离子注入形成n型重掺杂外延层；
20.(d)去除所述第二阻挡层，在所述n型外延层中背离所述n型重掺杂衬底的表面上形成介质层，对所述介质层蚀刻形成第三通孔，在所述第三通孔处进行淀积形成第二欧姆电极；
21.(e)在所述n型重掺杂衬底中背离所述n型外延层的表面上进行淀积形成第一欧姆电极，随后退火即可。
22.优化地，步骤(e)中，所述退火温度为800～1200℃、时间为0.5～2h。
23.由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：本发明基于金刚石的jbs二极管，通过特殊的结构设计，使得其正向导通时是肖特基结，故正向导通压降低，在正向导通大电流时，pin结业参与导电，故可以承受大电流；其反向耐压时是pn结，故耐压特性好；即能实现正向大电流和小导通压降和反向高耐压的兼顾，因此该基于金刚石的jbs二极管为纵向结构且为双极性器件。
附图说明
24.图1为本发明基于金刚石的jbs二极管的结构示意图；
25.图2为本发明基于金刚石的jbs二极管的性能图。
具体实施方式
26.下面将结合对本发明优选实施方案进行详细说明。
27.如图1所示，基于金刚石的jbs二极管主要包括n型重掺杂衬底2、n型外延层3、介质层4、p型重掺杂外延层5和n型重掺杂外延层6等结构。
28.其中，n型重掺杂衬底2的材质为金刚石，其禁带宽度大、热导率高，可以实现在高温下的正常工作，满足高温工作特性；具体地，金刚石的临界击穿场强为10
×
105v/m，是si的33倍；和si相同厚度时，击穿电压是si的33倍；金刚石热导率为22w/cm
·
k，是si的14.67倍，可以有效提高散热性能和耐高温属性；其厚度通常为20-50μm。
29.n型外延层3形成在n型重掺杂衬底2的任一表面上，其材质为金刚石，厚度为30～50μm。
30.n型重掺杂外延层6(即在金刚石材质上注入氮离子，形成n型重掺杂金刚石)嵌入n型外延层3且背离n型重掺杂衬底2，其深度为5～10μm。
31.p型重掺杂外延层5(在金刚石材质上注入硼离子，形成p型重掺杂金刚石)贯穿n型重掺杂外延层6且嵌入n型外延层3，其深度为15-20μm。
32.介质层4形成在n型外延层3中与n型重掺杂衬底2相背的表面上，其材质为氮化物(si3n4)，厚度为5～10μm。
33.第一欧姆电极1形成在n型重掺杂衬底2中与n型外延层3相背的表面上，其材质为金，厚度为1-5μm。
34.第二欧姆电极7嵌设在介质层4内且与n型重掺杂外延层6、p型重掺杂外延层5相接触，其材质为金。在本实施例中，p型重掺杂外延层5的深度是n型重掺杂外延层6深度的两倍。第二欧姆电极7与p型重掺杂外延层5是欧姆接触。第二欧姆电极7与n型重掺杂外延层6是肖特基接触，其性能见图2。
35.本技术通过特殊的结构设计(交叉型jbs结构)，使得其正向导通时是肖特基结，故正向导通压降低，在正向导通大电流时，pin结业参与导电，故可以承受大电流(即在正向导通时，肖特基和pin工作时均会使热分布更均匀)；其反向耐压时是pn结，故耐压特性好；即能实现正向大电流和小导通压降和反向高耐压的兼顾，因此该基于金刚石的jbs二极管为纵向结构且为双极性器件。
36.上述基于金刚石的jbs二极管的制作方法，包括以下步骤(有关工艺参数可参考申请号为200610097597.1的中国发明专利)：
37.(a)在n型重掺杂衬底2的任一表面上进行淀积形成n型外延层3；淀积工艺采用常规的物理气相淀积，选用掺n的金刚石靶材，淀积厚度为30～50μm。
38.(b)在n型外延层3中背离n型重掺杂衬底2的表面上形成第一阻挡层(第一阻挡层通过常规的化学气相淀积形成)，对第一阻挡层进行蚀刻形成多个第一通孔(即在第一阻挡层上涂抹光刻胶，通过对光刻胶的第一通孔部分曝光，利用光刻溶液去除曝光处光刻胶进而刻蚀第一阻挡层，形成第一通孔；下同)，利用多个第一通孔对n型外延层3进行离子注入形成p型重掺杂外延层5(注入离子为硼，注入深度为15～20μm，掺杂浓度为(2～5)
×
10
18
cm-3
)；
39.(c)去除第一阻挡层(利用酸性溶液去除第一阻挡层及光刻胶层，下同)，在n型外延层3中背离n型重掺杂衬底2的表面上形成第二阻挡层，对第二阻挡层进行蚀刻形成与多个第一通孔错开的多个第二通孔，利用多个第二通孔对n型外延层3进行离子注入形成n型重掺杂外延层6(注入离子为氮，5-10μm，掺杂浓度为浓度(1-3)
×
10
18
cm-3
)；
40.(d)去除第二阻挡层，在n型外延层3中背离n型重掺杂衬底2的表面上形成介质层4，对介质层4蚀刻形成第三通孔，在第三通孔处进行物理气相淀积形成第二欧姆电极7(金，厚度为1-5μm)；
41.(e)在n型重掺杂衬底2中背离n型外延层3的表面上进行淀积形成第一欧姆电极1，随后退火即可(退火温度为800-1200℃、时间为0.5-2h)。
42.上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

技术特征：

1.一种基于金刚石的jbs二极管，其特征在于，它包括：n型重掺杂衬底(2)；n型外延层(3)，所述n型外延层(3)形成在所述n型重掺杂衬底(2)的任一表面上；n型重掺杂外延层(6)，所述n型重掺杂外延层(6)嵌入所述n型外延层(3)且背离所述n型重掺杂衬底(2)；p型重掺杂外延层(5)，所述p型重掺杂外延层(5)贯穿所述n型重掺杂外延层(6)且嵌入所述n型外延层(3)；介质层(4)，所述介质层(4)形成在所述n型外延层(3)中与所述n型重掺杂衬底(2)相背的表面上；第一欧姆电极(1)，所述第一欧姆电极(1)形成在所述n型重掺杂衬底(2)中与所述n型外延层(3)相背的表面上；第二欧姆电极(7)，所述第二欧姆电极(7)嵌设在所述介质层(4)内且与所述n型重掺杂外延层(6)、所述p型重掺杂外延层(5)相接触。2.根据权利要求1所述的基于金刚石的jbs二极管，其特征在于：所述n型重掺杂衬底(2)的材质为金刚石。3.根据权利要求1所述的基于金刚石的jbs二极管，其特征在于：所述p型重掺杂外延层(5)的深度是所述n型重掺杂外延层(6)深度的两倍。4.根据权利要求1所述的基于金刚石的jbs二极管，其特征在于：所述第二欧姆电极(7)与所述p型重掺杂外延层(5)是欧姆接触。5.根据权利要求1所述的基于金刚石的jbs二极管，其特征在于：所述第二欧姆电极(7)与所述n型重掺杂外延层(6)是肖特基接触。6.权利要求1至5中任一所述基于金刚石的jbs二极管的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：(a)在n型重掺杂衬底(2)的任一表面上进行淀积形成n型外延层(3)；(b)在所述n型外延层(3)中背离所述n型重掺杂衬底(2)的表面上形成第一阻挡层，对第一阻挡层进行蚀刻形成多个第一通孔，利用多个所述第一通孔对所述n型外延层(3)进行离子注入形成p型重掺杂外延层(5)；(c)去除所述第一阻挡层，在所述n型外延层(3)中背离所述n型重掺杂衬底(2)的表面上形成第二阻挡层，对所述第二阻挡层进行蚀刻形成与多个所述第一通孔错开的多个第二通孔，利用多个所述第二通孔对所述n型外延层(3)进行离子注入形成n型重掺杂外延层(6)；(d)去除所述第二阻挡层，在所述n型外延层(3)中背离所述n型重掺杂衬底(2)的表面上形成介质层(4)，对所述介质层(4)蚀刻形成第三通孔，在所述第三通孔处进行淀积形成第二欧姆电极(7)；(e)在所述n型重掺杂衬底(2)中背离所述n型外延层(3)的表面上进行淀积形成第一欧姆电极(1)，随后退火即可。7.根据权利要求6所述基于金刚石的jbs二极管的制作方法，其特征在于：步骤(e)中，所述退火温度为800～1200℃、时间为0.5～2h。

技术总结

本发明公开了一种基于金刚石的JBS二极管及其制作方法，它包括：N型重掺杂衬底；N型外延层，所述N型外延层形成在所述N型重掺杂衬底的任一表面上；N型重掺杂外延层，所述N型重掺杂外延层嵌入所述N型外延层且背离所述N型重掺杂衬底；P型重掺杂外延层，所述P型重掺杂外延层贯穿所述N型重掺杂外延层且嵌入所述N型外延层；介质层，所述介质层形成在所述N型外延层中与所述N型重掺杂衬底相背的表面上；第一欧姆电极；第二欧姆电极，所述第二欧姆电极嵌设在所述介质层内且与所述N型重掺杂外延层、所述P型重掺杂外延层相接触。能实现正向大电流和小导通压降和反向高耐压的兼顾。和小导通压降和反向高耐压的兼顾。和小导通压降和反向高耐压的兼顾。