應用於高溫條件下的整流器的製作方法

2023-11-04 06:00:57

專利名稱：應用於高溫條件下的整流器的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種應用於高溫條件下的整流器，尤其涉及一種具有良好的耐衝擊特 性的整流器。
背景技術：
隨著半導體工藝技術能力不斷向上提升，許多功率元件均大量採用二極體形式 的組件，例如，PN結二極體(PN junction)就常應用於交流發電機系統中，做為整流二極 管之用。PN結二極體的優點在於反向漏電流低；但其主要缺點在於順向偏壓(forward voltage ；VF)較高，在正常運行條件下，順向偏壓約在IV左右，因此使得PN結二極體在應 用上產生較多的能量浪費。另外，蕭基二極體(Schottky Diode)可視為另一種二極體元件之選擇；而蕭基二 極管的優勢在於其順向偏壓遠小於PN結二極體；然而蕭基二極體卻會在反向運行時產生 相當大的漏電流，因此，蕭基二極體在高溫環境的運行下，其高反向漏電是極大的缺點。

發明內容
本發明設計合理且有效改善上述缺陷，可兼具上述兩種二極體的優點，以補償兩者 在運行上的問題，同時更提出整流器上的改良，以加強二極體對於反向突波的耐衝擊特性。本發明的主要目的，在於提供一種應用於高溫條件下的整流器及其製造方法，該 整流器具有低順向電壓、低漏電流的特性，使其應用於高溫條件下可具有較高的運行效率; 再者，該整流器的周圍具有減少電場累積的結構，使其具有良好的反向突波的耐衝擊特性。為了達成上述的目的，本發明提供一種應用於高溫條件下的整流器，包括一導電 型半導體基材；一導電型外延層，其位於該導電型半導體基材上；多個導電型摻雜區域，其 成形於該導電型外延層中；一邊緣導電型摻雜區域，其成形於該導電型外延層中且圍繞所 述多個導電型摻雜區域；至少一外緣導電型摻雜區域，其成形於該導電型外延層中且圍繞 該邊緣導電型摻雜區域；一第一金屬層，其設置於該導電型外延層上，該第一金屬層全面地 覆蓋於所述多個導電型摻雜區域，該第一金屬層接觸該邊緣導電型摻雜區域的一部分，且 該第一金屬層的形狀對應該邊緣導電型摻雜區域的形狀；以及一個相對於該第一金屬層的 第二金屬層，其設置於該導電型半導體基材的背面。本發明具有以下有益的效果本發明提出的整流器，其同時具有低順向電壓(VF) 及低逆向漏電流的特性，故可適用於高溫的運行環境；另外，為了提高元件的耐衝擊特性， 該整流器的周圍具有可減少電場累積的結構，因此可大幅改善元件損壞的情況。為使能更進一步了解本發明的特徵及技術內容，請參閱以下有關本發明的詳細說 明與附圖，然而附圖僅提供參考與說明用，並非用來對本發明加以限制。


圖1為本發明的整流器的俯視圖。
3[0010圖1A為圖1的A-A'的剖視圖。[0011圖1B為圖1的B-B'的剖視圖。[0012圖1C為本發明的整流器的第二實施例的示意圖[0013圖1D為本發明的整流器的第三實施例的示意圖[0014圖2至圖2G為本發明的整流器的製作流程圖。[0015圖3為本發明的整流器的第四實施例的示意圖。[0016圖3A為本發明的整流器的第五實施例的示意圖[0017圖4為本發明的整流器的第六實施例的示意圖。[0018圖4A為本發明的整流器的第七實施例的示意圖[0019上述附圖中的附圖標記說明如下[00201整流器[002110導電型半導體基材[002210A中心區[002310B邊緣區[002410C外緣區[002510D切割道[002611導電型外延層[002712A導電型摻雜區域[002812B邊緣導電型摻雜區域[002912B高濃度的邊緣導電型摻雜區域[003012B『低濃度的邊緣導電型摻雜區域[003112C外緣導電型摻雜區域[003212C高濃度的外緣導電型摻雜區域[003312C『低濃度的外緣導電型摻雜區域[003412第一金屬層[003514隔離層[003615第二金屬層[003720光致抗蝕劑[0038R圓弧狀的角落
具體實施例方式請參閱圖1，本發明提供一種應用於高溫條件下的整流器1，整流器1具有在高溫 運行條件下的高效率以及在高反向電壓運行時具有高可靠度的功效，整流器1包括一導電 型半導體基材10、導電型外延層11、多個導電型摻雜區域12A、一邊緣導電型摻雜區域12B、 至少一外緣導電型摻雜區域12C、一第一金屬層13、以及一第二金屬層15 (請同時參閱圖1A 及圖1B)。圖1顯示本發明的具體實施例，其中導電型半導體基材10為一 N型的半導體基 材，導電型外延層11也為一 N型外延層，且根據摻雜濃度的不同，導電型半導體基材10以 N+來表示，而導電型外延層11則以N來表示。另一方面，導電型摻雜區域12A、邊緣導電型摻雜區域12B、外緣導電型摻雜區域12C則均為一 P+摻雜區域。請再參考圖1，並配合圖1A，其為圖1的A-A'的剖視圖，導電型外延層11成形於 導電型半導體基材10上，而所述多個導電型摻雜區域12A則成形於導電型外延層11中， 所述多個導電型摻雜區域12A為分布於導電型外延層11中的P型島區域，所述多個導電 型摻雜區域12A的形狀可為四邊形(例如矩形)、圓形或六邊形，且導電型摻雜區域12A被 一第一金屬層13所覆蓋，因此整流器1可通過第一金屬層13所形成的低蕭基屏障(low schottkybarrier)，以使得整流器1具有低順向電壓(VF)的特性。另一方面，導電型外延層11與所述多個導電型摻雜區域12A的結構可以形成相當 於PN結二極體的反向電壓運行的漏電特性，也即整流器1具有相當低的漏電流，使得本發 明的整流器1相當適合用於高溫的運行環境，簡言之，本發明的整流器1為一種低壓、低逆 向漏電流的整流器。再者，請參考圖1、圖1B(為圖1的B-B'的剖視圖)及圖1C，其中導電型外延層 11中更包括有一邊緣導電型摻雜區域12B及至少一個外緣導電型摻雜區域12C，邊緣導電 型摻雜區域12B圍繞所述多個導電型摻雜區域12A，也即導電型摻雜區域12A設置於邊緣導 電型摻雜區域12B的內側，且第一金屬層13則接觸邊緣導電型摻雜區域12B的一部分，換 言之，第一金屬層13的外緣會向外延伸出所述多個導電型摻雜區域12A的區域，以和圍繞 於所述多個導電型摻雜區域12A外側的邊緣導電型摻雜區域12B相接觸，而第一金屬層13 與邊緣導電型摻雜區域12B的接觸區域可依據實際的工藝進行調整，第一金屬層13至少覆 蓋一部分的邊緣導電型摻雜區域12B，例如第一金屬層13可覆蓋邊緣導電型摻雜區域12B 的面積的一部分或是全部，最佳為邊緣導電型摻雜區域12B的面積的二分之一。第一金屬 層13與邊緣導電型摻雜區域12B進行電性接觸可減少累積於整流器1邊緣的電場，以避免 過高的電場使得整流器1損壞。其中圖1B顯示僅有一個外緣導電型摻雜區域12C，其尺寸可以是工藝最小線寬； 而圖1C則顯示有兩個外緣導電型摻雜區域12C的結構，每一個外緣導電型摻雜區域12C的 尺寸同樣為工藝最小線寬；圖1D則顯示一個較寬的外緣導電型摻雜區域12C，其尺寸為工 藝最小線寬的兩倍以上，換言之，本發明所提出的整流器1可依實際的情況調整外緣導電 型摻雜區域12C的數量、尺寸。邊緣導電型摻雜區域12B的外觀形式也必須進一步考慮，以避免電場累積的問題 導致元件的損壞，以本實施例來說，邊緣導電型摻雜區域12B具有四邊形的形狀，且四邊形 的邊緣導電型摻雜區12B具有非直角的角落(corner)，以避免電場在直角的位置上場產生 電場累積，而為了光掩模設計等考慮，本實施例中的四邊形的邊緣導電型摻雜區12B具有 圓弧狀的角落R，但不以上述為限，例如邊緣導電型摻雜區12B可為六邊形的形式，而每一 個角落也可設計成圓弧狀，同樣可避免電場累積對元件的影響。另外，第一金屬層13的外 觀最佳地對應於邊緣導電型摻雜區12B，換言之，第一金屬層13可為四邊形或六邊形，且第 一金屬層13同樣具有圓弧狀(或非直角)的角落R，也即從俯視圖觀看，邊緣導電型摻雜區 12B與第一金屬層13具有圓弧狀的角落R。另一方面，外緣導電型摻雜區域12C成形於導電型外延層11中且圍繞邊緣導電型 摻雜區域12B，外緣導電型摻雜區域12C並未與第一金屬層13接觸，請參考圖1B，一隔離層 14覆蓋在外緣導電型摻雜區域12C上，以及未被第一金屬層13接觸的邊緣導電型摻雜區域12B，而外緣導電型摻雜區域12C的外型也對應於邊緣導電型摻雜區域12B，也即其具有 圓弧狀(或非直角)的角落，外緣導電型摻雜區域12C的功能在於提供一種較為平緩的電 場分布，同樣可在反向電流運行的情況下，提供保護整流器1的功能；再者，外緣導電型摻 雜區域12C的數量(如圖1B、圖1C)及尺寸寬度(如圖1D)均可依照應用面的需求進行調 整，以期提供更為平緩的電場分布。綜合上述的結構，本發明的特徵在於加強防止反向突波 對於整流器1的衝擊(Reversesurge)，而本發明利用第一金屬層13接觸邊緣導電型摻雜 區12B的一部分、圓弧狀角落的結構設計、以及外緣導電型摻雜區域12C的設置等結構，以 降低反向運行時對於元件邊緣的損壞現象。再者，導電型外延層11上的隔離層14，其覆蓋於外緣導電型摻雜區域12C及邊緣 導電型摻雜區域12B的一部分(請注意圖1中並未繪製出隔離層14)，隔離層14主要避免 後續的封裝工藝使外緣導電型摻雜區域12C導通；而導電型半導體基材10的背面更成形有 一第二金屬層15，第二金屬層15主要作為電極之用。以下將詳細說明上述整流器1的製作流程，請參考圖2至圖2G 步驟(a)提供一導電型半導體基材10，請參考圖2。在本實施例中，導電型半導 體基材10為一 N+型的半導體基材，且為了方便說明，導電型半導體基材10區分為中心區 10A、邊緣區10B、外緣區10C、及切割道10D。步驟(b)形成一導電型外延層11於導電型半導體基材10上，請參考圖2。在本實 施例中，導電型外延層11也為一 N型外延層。步驟(c)形成多個導電型摻雜區域12A、一邊緣導電型摻雜區域12B及至少一個外 緣導電型摻雜區域12C於導電型外延層11中，請參考圖2A。接著利用光致抗蝕劑20，分別 將導電型摻雜區域12A定義於中心區10A(圖2A中僅繪製一個導電型摻雜區域12A)，邊緣 導電型摻雜區域12B定義於邊緣區10B，外緣導電型摻雜區域12C定義於外緣區10C，而在 本步驟中，所述多個P+型摻雜離子可利用離子注入等技術注入於導電型外延層11中邊緣 導電型摻雜區域外緣導電型摻雜區域邊緣導電型摻雜區域。另外，外緣導電型摻雜區域12C成形於導電型外延層11中且圍繞邊緣導電型摻雜 區域12B，其同樣具有圓弧狀(或非直角)的角落，外緣導電型摻雜區域12C的功能在於提 供一種較為平緩的電場分布，同樣可在反向電流運行的情況下，提供保護整流器1的功能； 再者，外緣導電型摻雜區域12C的數量及寬度均可依照應用面的需求進行調整，以提供更 為平緩的電場分布。步驟(d)形成一隔離層14於導電型外延層11上，請參考圖2C及圖2D。隔離層14 覆蓋於外緣導電型摻雜區域12C及邊緣導電型摻雜區域12B的一部分。在此步驟中，先利 用氧化步驟成形一氧化物層(即隔離層14)，且同時可利用高溫將上述的P+型摻雜離子推 至一預定深度；接著隔離層14形成於導電型外延層11上，並覆蓋外緣導電型摻雜區域12C 及邊緣導電型摻雜區域12B的一部分。步驟(e)形成一第一金屬層13，請參考圖2E及圖2F。在此步驟中，先利用金屬工 藝形成一第一金屬層13於導電型外延層11及隔離層14上，第一金屬層13全面地覆蓋於 導電型摻雜區域12A，且接觸於邊緣導電型摻雜區域12B的未被隔離層14覆蓋的部分，而第 一金屬層13會跨接於隔離層14上方，以避免裸露出邊緣導電型摻雜區域12B。換言之，第 一金屬層13的外緣會向外延伸出導電型摻雜區域12A的區域，以和圍繞於導電型摻雜區域12A外側的邊緣導電型摻雜區域12B相接觸，而第一金屬層13與邊緣導電型摻雜區域12B 的接觸區域可依據實際的工藝進行調整，例如第一金屬層13可覆蓋邊緣導電型摻雜區域 12B的面積的一部分或是全部，最佳為邊緣導電型摻雜區域12B的面積的二分之一。步驟(e)形成一第二金屬層15於導電型半導體基材10的背面，請參考圖2G。而 若考慮到導電型半導體基材10的厚度，在成形第二金屬層15的步驟之前，更可進行一薄化 步驟，以薄化導電型半導體基材10的厚度。通過上述步驟，即可完成上述的應用於高溫條件下的整流器1，整流器1為一種低 壓、低逆向漏電流的二極體，且其具有周圍特性的改善，以加強防止反向突波對於整流器1 的衝擊。請參考圖3，其為本發明的整流器1的第四實施例。第二實施例與第一實施例不 同之處在於邊緣導電型摻雜區域12B及外緣導電型摻雜區域12C的特徵。在本實施例中， 外緣導電型摻雜區域12C的摻雜離子濃度均小於每一導電型摻雜區域12A與邊緣導電型摻 雜區域12B的摻雜離子濃度，且外緣導電型摻雜區域12C的摻雜離子深度均大於每一導電 型摻雜區域12A與邊緣導電型摻雜區域12B的摻雜離子深度，換言之，導電型摻雜區域12A 與邊緣導電型摻雜區域12B為P+區域，且其摻雜深度較淺；而外緣導電型摻雜區域12C為 P-區域，且其摻雜深度較深。請參考圖3A，其為本發明的整流器1的第五實施例。在本實施例中，邊緣導電型 摻雜區域12B與外緣導電型摻雜區域12C的摻雜離子濃度均小於每一導電型摻雜區域12A 的摻雜離子濃度，且邊緣導電型摻雜區域12B與外緣導電型摻雜區域12C的摻雜離子深度 均大於每一導電型摻雜區域12A的摻雜離子深度。而本實施例的結構可依照以下工藝所 製作，利用高能量的離子注入，直接將摻雜濃度較低(P-)的摻雜離子推至導電型外延層11 中比較深的位置，以形成邊緣導電型摻雜區域12B及外緣導電型摻雜區域12C ；接著，將摻 雜濃度較高(P+)的摻雜離子植入導電型外延層11中，以形成導電型摻雜區域12A，且使每 一的導電型摻雜區域12A的摻雜深度小於邊緣導電型摻雜區域12B及外緣導電型摻雜區域 12C的摻雜深度。另外，第五實施例的結構也可用下列的工藝所製作首先將摻雜濃度較低(即P-) 的摻雜離子植入導電型外延層11中，並利用高溫將摻雜離子推至較深的位置，以形成邊緣 導電型摻雜區域12B及外緣導電型摻雜區域12C ；接著，將摻雜濃度較高(P+)的摻雜離子 植入導電型外延層11中，以形成所述多個導電型摻雜區域12A，且使每一個導電型摻雜區 域12A的摻雜深度小於邊緣導電型摻雜區域12B及外緣導電型摻雜區域12C的摻雜深度。簡言之，本發明也可利用兩道次的光掩模設計，以形成不同摻雜濃度、不同摻雜深 度的導電型摻雜區域12A與邊緣導電型摻雜區域12B及外緣導電型摻雜區域12C ；然而其 餘的工藝步驟則可參考第一實施例。請參考圖4，其為本發明的整流器1的第六實施例。第六實施例與上述實施例不 同之處同樣在於邊緣導電型摻雜區域12B及外緣導電型摻雜區域12C的特徵。在本實施例 中，邊緣導電型摻雜區域12B與導電型摻雜區域12A為P+區域，而外緣導電型摻雜區域12C 包括一高濃度的外緣導電型摻雜區域12C'與一包覆高濃度的外緣導電型摻雜區域12C' 的低濃度的外緣導電型摻雜區域12C"。請參考圖4A，其為本發明的整流器1的第七實施例。在本實施例中，邊緣導電型摻雜區域12B包括一高濃度的邊緣導電型摻雜區域12B'與一包覆高濃度的邊緣導電型摻雜 區域12B'的低濃度的邊緣導電型摻雜區域12B"，且外緣導電型摻雜區域12C包括一高濃 度的外緣導電型摻雜區域12C'與一包覆高濃度的外緣導電型摻雜區域12C'的低濃度的 外緣導電型摻雜區域12C"。而本實施例的結構可依照以下工藝所製作利用高能量的離子注入，將摻雜濃度 較低(P-)的摻雜離子推至導電型外延層11中比較深的位置，以形成一低濃度的邊緣導電 型摻雜區域12B"及一低濃度的外緣導電型摻雜區域12C"；接著，將摻雜濃度較高(P+) 的摻雜離子注入導電型外延層11中，以形成所述多個導電型摻雜區域12A、一高濃度的邊 緣導電型摻雜區域12B'及一高濃度的外緣導電型摻雜區域12C'，高濃度的邊緣導電型 摻雜區域12B'成形於低濃度的邊緣導電型摻雜區域12B"之中，以建構成邊緣導電型摻 雜區域12B ；且高濃度的外緣導電型摻雜區域12C'成形於低濃度的外緣導電型摻雜區域 12C"之中，以建構成外緣導電型摻雜區域12C。另外，第七實施例的結構也可用下列的工藝所製作將摻雜濃度較低(P-)的摻雜 離子注入導電型外延層11中，並利用高溫將摻雜離子推至較深的位置，以形成一低濃度的 邊緣導電型摻雜區域12B"及一低濃度的外緣導電型摻雜區域12C"；接著，將摻雜濃度較 高(P+)的摻雜離子注入導電型外延層11中，以形成導電型摻雜區域12A、一高濃度的邊 緣導電型摻雜區域12B'及一高濃度的外緣導電型摻雜區域12C'，高濃度的邊緣導電型 摻雜區域12B'成形於低濃度的邊緣導電型摻雜區域12B"之中，以建構成邊緣導電型摻 雜區域12B ；且高濃度的外緣導電型摻雜區域12C'成形於低濃度的外緣導電型摻雜區域 12C"之中，以建構成外緣導電型摻雜區域12C。因此，第七實施例也是利用兩道次的光掩模，使邊緣導電型摻雜區域12B及外緣 導電型摻雜區域12C具有高濃度及低濃度的摻雜離子。而通過摻雜濃度及摻雜深度的變 化，本發明的整流器1更可加強元件邊緣對於反向突波的耐衝擊特性；然而本實施例中的 其他工藝步驟則可參考第一實施例。綜上所述，本發明具有下列優點整流器1可以提供在高溫條件下的高效率運 行，而高效率源自低壓(low VF)的運行特性，例如整流器1在100安培的順向電流時，具 有0. 25至0.7伏特的順向電壓，另外，整流器1在室溫所測量的逆向漏電流(IR)更小於 等於100nA(最佳在40nA左右)，使其可適用於高溫的運行環境，例如可應用於125°C以上 (125°C至225°C)的高溫環境，如應用於汽車的供電系統，例如交流發電機系統。再者，本發 明更利用邊緣導電型摻雜區域12B及外緣導電型摻雜區域12C的結構，以提高整流器1在 周圍部分對於反向突波的耐衝擊特性。以上所述僅為本發明的較佳實施例，非意欲局限本發明的權利要求，故舉凡運用 本發明說明書及附圖內容所為的等效變化，均同理皆包含於本發明的權利要求範圍內。
權利要求
一種應用於高溫條件下的整流器，其特徵在於，包括一導電型半導體基材；一導電型外延層，其位於該導電型半導體基材上；多個導電型摻雜區域，其成形於該導電型外延層中；一邊緣導電型摻雜區域，其成形於該導電型外延層中且圍繞所述多個導電型摻雜區域；至少一外緣導電型摻雜區域，其成形於該導電型外延層中且圍繞該邊緣導電型摻雜區域；一第一金屬層，其設置於該導電型外延層上，該第一金屬層全面地覆蓋於所述多個導電型摻雜區域，該第一金屬層至少覆蓋部分的該邊緣導電型摻雜區域；以及一個相對於該第一金屬層的第二金屬層，其設置於該導電型半導體基材的背面。
2.如權利要求1所述的應用於高溫條件下的整流器，其特徵在於該外緣導電型摻雜 區域的寬度為工藝最小線寬的兩倍以上。
3.如權利要求1所述的應用於高溫條件下的整流器，其特徵在於該邊緣導電型摻雜 區域與該外緣導電型摻雜區域的摻雜離子濃度均小於每一導電型摻雜區域的摻雜離子濃 度，且該邊緣導電型摻雜區域與該外緣導電型摻雜區域的摻雜離子深度均大於每一導電型 摻雜區域的摻雜離子深度。
4.如權利要求1所述的應用於高溫條件下的整流器，其特徵在於該外緣導電型摻雜 區域的摻雜離子濃度均小於該邊緣導電型摻雜區域與每一導電型摻雜區域的摻雜離子濃 度，且該外緣導電型摻雜區域的摻雜離子深度均大於該邊緣導電型摻雜區域與每一導電型 摻雜區域的摻雜離子深度。
5.如權利要求1所述的應用於高溫條件下的整流器，其特徵在於該邊緣導電型摻雜 區域包括一高濃度的邊緣導電型摻雜區域與一包覆該高濃度的邊緣導電型摻雜區域的低 濃度的邊緣導電型摻雜區域，且該外緣導電型摻雜區域更包括一高濃度的外緣導電型摻雜 區域與一包覆該高濃度的外緣導電型摻雜區域的低濃度的外緣導電型摻雜區域。
6.如權利要求1所述的應用於高溫條件下的整流器，其特徵在於該外緣導電型摻雜 區域包括一高濃度的外緣導電型摻雜區域與一包覆該高濃度的外緣導電型摻雜區域的低 濃度的外緣導電型摻雜區域。
7.如權利要求1所述的應用於高溫條件下的整流器，其特徵在於該第一金屬層覆蓋 全部的該邊緣導電型摻雜區域。
8.如權利要求1所述的應用於高溫條件下的整流器，其特徵在於該第一金屬層覆蓋 該邊緣導電型摻雜區域的面積的二分之一。
9.如權利要求1所述的應用於高溫條件下的整流器，其特徵在於更進一步包括一隔 離層，其設置於該導電型外延層上，以覆蓋未被該第一金屬層接觸的該邊緣導電型摻雜區 域以及該外緣導電型摻雜區域。
全文摘要
一種應用於高溫條件下的整流器，包括一導電型半導體基材；一導電型外延層；多個導電型摻雜區域；一邊緣導電型摻雜區域，其圍繞所述多個導電型摻雜區域；至少一外緣導電型摻雜區域，其圍繞該邊緣導電型摻雜區域；一第一金屬層，其全面地覆蓋於所述多個導電型摻雜區域，且至少接觸該邊緣導電型摻雜區域的一部分；以及一邊緣導電型摻雜區域外緣導電型摻雜區域一第二金屬層，其成形於該導電型半導體基材的背面。本發明同時具有低順向電壓及低逆向漏電流的特性，故可適用於高溫的運行環境；另外，為了提高元件的耐衝擊特性，該整流器的周圍具有可減少電場累積的結構，因此可大幅改善元件損壞的情況。
文檔編號H01L27/04GK101853849SQ200910129868
公開日2010年10月6日 申請日期2009年3月30日 優先權日2009年3月30日
發明者盧建志, 沈長庚 申請人:朋程科技股份有限公司