[发明专利]一种高压功率快恢复二极管及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种高压功率快恢复二极管及其制造方法，特别是涉及一种对热可靠性要求很高的大电流应用二极管，应用于分立以及集成器件中的功率快恢复二极管的制造领域，例如分立功率快恢复二极管的芯片制造，与VDMOS相集成的功率快恢复二极管芯片的制造和与IGBT相集成的功率快恢复二极管芯片的制造，属于半导体器件技术领域。

背景技术

功率快恢复二极管(以下简称FRD——Fast Recovery Diode)在电力电子电路中作为续流二极管或整流管与三端功率开关器件如IGBT等同时使用，用于开关电源、脉宽调制器(PWM)、不间断电源(UPS)、交流电动机变频调速装置(VVVF)、高频加热装置中，作为高频、大电流续流二极管或整流管，是电力电子电路中用量最多的功率半导体器件。

功率快恢复二极管的外延结构为，见图1所示，在硅高阻层1上部有主结2，结深6～15μm，掺杂浓度5E19～1E20cm^-3，并依次分布若干与主结1具有相同结深的场限环3，上面覆盖介质层，自下而上依次是热氧化层4、低温淀积氧化层5和聚酰亚胺钝化层6，结终端为复合场板结构，由掺磷多晶硅层场板7及铝电极场板8复合而成，并且，掺磷多晶硅层场板7是一种浮空场板，铝电极场板8只有一级。

功率快恢复二极管应当具有的性能是，正向压降V_F要小，以减小通态损耗；反向漏电流I_R要小，以减小断态损耗；反向恢复时间t_rr要短，以减小开关损耗；软度因子S要大，以减小反向恢复瞬态过压和电磁污染；热可靠性要高，以提高整个功率电路的稳定性。

在功率快恢复二极管的大电流应用领域，需要并联多达十只或者更多，如在电焊机中需要并联10只左右的高压功率快恢复二极管，以使工作电流能够达到400～600A。大电流使得功率快恢复二极管的温度急剧升高，而温度的升高又引起本征载流子浓度提高，进而使得工作电流进一步增大、正向压降V_F进一步减小，即正向压降V_F呈现负温度特性，见图2所示。如此循环往复，直至并联的功率快恢复二极管中的某一只因温度过高而烧毁，整个并联电路因短路而失效。因此，在功率快恢复二极管的大电流应用领域，改善功率快恢复二极管的热可靠性已经成为提高整个功率电路稳定性的关键。