[发明专利]制造软恢复快速功率二极管的方法及其制造的功率二极管

说明书

技术领域

本发明涉及功率电子学的领域。它涉及制造具有软恢复特性(“软恢复”)快速功率二极管的一种方法以及一种功率二极管。

背景技术

在快速，损耗优化和可靠性优化的二极管(即具有以微小的Si厚度和高的基本材料阻抗为特点的半导体衬底的二极管)的无布线地换向时，尤其是在低起始电流和高电压时出现反向电流的不连续的断开，所谓的“阶跃”。

如多次说明的那样，可以借助不同的措施将这样的“阶跃”或这样的硬的开关特性向位于运行中所出现电压之上的更高的电压推移。通过元件中载流子寿命的轴向分布图实现这一点，例如通过重金属原子的扩散进去或离子辐射(He++或H+)生成此元件。

因此在US-A-4,140,560中已建议了，通过将金原子扩散到快速二极管的半导体衬底中在衬底中生成具有显著浓度梯度的金浓度，这种浓度梯度导致软的恢复特性(“软恢复”)。

正如它是在大面积的和按小动态损耗所调节的二极管上所需要的那样，附加地通过低的有效载流子寿命还促进“阶跃”。在纯离子辐射的二极管上，此外通过元件中的因此所生成的高截止电流限制了由于离子剂量的提高的所引起的断开损耗的降低。

因而既非用离子和电子的联合辐射，又非离子剂量的提高达到目的。

按一种另外的已知建议(DE-A1-41 35 258)，通过一种专门的局部处理(例如用质子或氦核的辐射和电子辐射)将快速功率二极管的半导体衬底划分成两个并列的分离的部分面积。以此方式形成的部分二极管互相的区别在于，其中一个部分二极管具有软的恢复特性，而另一个显示硬的“阶跃”特性。通过并连两个部分二极管产生二极管的所希望的总特性。

此外已建议了(DE-A1-196 09 244)，如此构成两个上述的部分二极管，使得在其中已进行了辐射或附加辐射的区域是受分配地布置在半导体衬底的未受到辐射或受到用电子的基本辐射的面积中的。例如将条形掩模采用于生成所分配的区域。以此方式附加于载流子寿命的轴向分布图地生成载流子寿命的一种横向分布图。两种分布图的联合则导致二极管的所希望的开关特性。

虽然在开关特性方面改善了按已知方法制造的具有“软恢复”特性的快速功率二极管，这些快速功率二极管却具有不受欢迎地高的截止电流或截止损耗。

发明内容

因此本发明的任务在于，说明制造具有“软恢复”特性的快速功率二极管的一种方法，这种“软恢复”特性导致具有低截止损耗的元件，以及说明按此方法制造的一种功率二极管。

通过权利要求1和8特征的总和解决此任务。本发明的核心在于，在整面积的离子辐射之后通过元件的掩模在随后的电子辐射期间创造一种三维的寿命调节。因此原则上获得可理解为具有不同动态和静态特性的并连二极管的两个二极管部分范围。具有高辐射剂量(离子辐射＋电子辐射)的二极管部分拥有很高的导线电阻，和实际上不承载正向电流。相应地它在二极管的整个存储电荷上的份额是低的。另一个部分范围(没有电子辐射的部分)实际上承载整个正向电流，并且决定“恢复电荷”和恢复特性。

基于以此大大减小的激活面积，产生在相对高的载流子寿命情况下的提高了的电流密度，这导致与此相应的软的断开特性。用电子的辐射比期望可比较的正向电压降的纯离子辐射导致截止电流的较小的提高，以致于截止损耗也保持低的。减少的激活面积也导致，存在着二极管的那些部分范围，这些部分范围由于附加的辐射不承载正向电流或只承载降低了的正向电流，并且因此在二极管脱开换向(Abkommutie-ren)时不产生或只产生微小的开关损耗。因此在其中生成断开损耗的范围整个地变得较小。但是仍然分布在整个衬底面积上地向外散出所产生的损耗热。在涉及二极管的激活面积方面因此达到热阻抗R_th的减小。

按本发明方法的一个第一优先的构成的特点在于，对于第二掩蔽的辐射采用优先由钢或钼制的孔板作为掩模。用这种掩模可以达到两个部分二极管区域的最佳分布。

当按本发明的一个第二优先的构成对于第二掩蔽的辐射采用优先由钢丝制的编织物作为掩模时，可以达到在横向方向上的一种其它的分布图。在例如2.5MeV电子的加速能量情况下，丝径为1mm时的这种编织物在节点上导致完全的屏蔽，并且在单一覆盖的范围中导致部分的屏蔽，这导致电子进入硅的有限的侵入深度，并且因此导致附加的缺陷分布图。在未覆盖的范围中进行用全部能量的辐射，这有生成轴向不变的缺陷分布的结果。

由掩模未覆盖的面积范围优先在掩模总面积的20％和80％之间，尤其是约为50％。