[发明专利]快速恢复二极管

说明书

技术领域

本发明涉及功率电子器件的领域，并且更具体地涉及快速恢复二极管和用于制造这样的快速恢复二极管的方法。

背景技术

如在图1中示出的，现有技术二极管10包括具有阴极侧23和在该阴极侧23相对侧的阳极侧24的n掺杂基极层2。在该阳极侧24上，设置p掺杂阳极层25并且在该p掺杂阳极层25的顶上设置起阳极电极4作用的金属层。在阴极侧23上，设置更高的(n+)掺杂阴极缓冲层22。采用阴极电极3的形式的金属层设置在该(n+)掺杂阴极缓冲层22的顶上。在阳极侧24上，存在设置在p掺杂阳极层25中的结附近的缺陷中心(典型地由氢或氦辐照形成)。由于该缺陷层45，反向恢复电流减小并且由此器件的功率损耗和软性得以改进。然而，具有这样的缺陷层45的二极管中漏电流高并且漏电流量随缺陷层的峰值的位置而强烈变化。

因为高漏电，该器件不能在125℃之上运行。由于掺杂分布非常陡，由生产中的扩散引起的掺杂分布的微小变化导致辐照后的其他相关器件参数的大的差异。为了保持高的生产成品率，要求对掺杂分布和辐照能力两者的严格控制。

发明内容

本发明的目标是提供具有比现有技术器件更低的开关损耗和更低的反向漏电流和因此更高热运行范围的快速恢复二极管以及提供这样的器件的制造方法。

该目标通过根据权利要求1的二极管和根据权利要求5的这样的二极管的制造方法实现。

发明性的快速恢复二极管包括具有阴极侧和在该阴极侧相对侧的阳极侧的第一导电类型的基极层。在该阳极侧上，设置具有第一深度和第一最大掺杂浓度的第二导电类型的阳极缓冲层。通过该阳极缓冲层，在反向偏置期间电场在它到达缺陷层之前被阻止。

具有第二深度(其低于第一深度)和第二最大掺杂浓度(其高于第一最大掺杂浓度)的第二导电类型的阳极接触层设置在阳极侧。该阳极接触层在过载状况出现的情况下在快速恢复期间提供良好的欧姆接触和高耐用性。

在与基极层相对的侧上的阳极接触层的顶上设置采用金属层形式的阳极电极。

第三深度限定为距离阳极侧的深度，处于击穿电压的阳极结的空间电荷区位于该第三深度。深度和掺杂浓度选择成使得第三深度位于第一和第二深度之间。缺陷层的缺陷峰值位于第二和第三深度之间。

通过将缺陷层放置在阳极缓冲和阳极接触层的交叉点之间，掺杂浓度低并且因此处于导通状态的电子空穴等离子体可以显著降低。这改进了二极管的SOA并且可以实现软恢复。由于在阳极缓冲层中的掺杂浓度的降低比在阳极接触层中的慢，工艺对于影响缺陷层的深度的效果较不敏感。同时，缺陷层放置在处于击穿电压的阳极结的空间电荷区(SCR)达不到的区域中。由此，可以保持低的漏电流。通过保持缺陷中心的峰值在比SCR的深度更小的深度，辐照缺陷不增加漏电流，因为它们在SCR处不存在。由于缺陷中心的存在不会增加漏电流，因此可以实现局部寿命控制。由此，二极管可以以比目前技术发展水平的器件更高的温度运行，例如高达175℃。

用于制造发明性二极管的方法也优于用于生产具有深扩散分布的分立高功率二极管的现有技术方法，因为由于高掺杂和具有典型地仅高达25μm深度的低掺杂阳极层的形成，扩散时间可以减少。由于20小时的扩散时间足够形成这样的p掺杂层的深度，缺陷和污染的形成与长扩散工艺相比也减少。因此，为了随后去除这样的缺陷和污染物的附加吸杂工艺不是必需的。

阳极缓冲和接触层二者以及甚至终端层(termination layer)都可用一个单掩模生产，从而减少制造成本和精细的掩模对准。

在分立功率二极管的情况下，如果与平面结终端结合的话二极管厚度可以减小。因此，导通状态和关断损耗可以显著减少。

该发明性二极管可以有利地在IGCT(集成门极换流晶闸管)中用作续流或钳位二极管或在IGBT(绝缘栅双极晶体管)应用中用作续流二极管。

另外优选的变化形式和实施例在从属的专利权利要求中公开。

附图说明

本发明的主旨将参照附图在下列正文中更加详细地说明，其中：

图1示出具有阳极层和缺陷层的现有技术续流二极管；

图2至11示出用于制造发明性二极管的第一制造方法；

图12示出根据本发明的二极管；

图13至17示出用于制造发明性二极管的另一个制造方法；

图18示出根据本发明的另一个二极管；以及

图19示出发明性二极管的掺杂浓度、电场和电势。

图20-21示出根据本公开实施例的制造二极管的另一示范性制造方法；以及

图22示出根据本公开实施例的示范性二极管。