[发明专利]一种快恢复二极管的结构及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体设计及制造领域，特别涉及一种快恢复二极管的结构及其方法。

背景技术

FRD（快恢复二极管）具有工作频率高、导通压低等优点，广泛应用于功率控制电路，起续流或整流的作用。随着电力电子技术的发展，要求FRD具有更高的工作频率以及更好的开关软度。

图1所示为传统的FRD的结构示意图。以PIN+型二极管的FRD为例，FRD从下至上依次包括：阴极金属层101、阴极层102（N+区）、漂移区103（N区）、阳极区104（P区）和阳极金属层105。FRD的工作频率与关断时漂移区103存储的过剩载流子的寿命有关。载流子的寿命越短，反向恢复时间越短，工作频率越高。目前主要是通过电子辐照、重金属掺杂、质子注入以及氦离子注入等工艺来控制缩短过剩载流子的寿命，从而降低关断时间，提高工作频率。

上述各种方法制得的器件都有明显的缺陷：采用电子辐照制得的器件，虽然能够提高FRD的开关频率，但是同时FRD的开关软度有所降低，并且通过电子辐照形成的寿命控制在高温下容易退化，而且该方法对封装工艺条件有限制；采用重金属掺杂制得的器件，重金属在器件中的分布不可控；采用质子和氦离子注入制得的器件，在提高工作频率的同时也提高开关软度，但是需要进行高能离子注入，成本高，工艺难度大，而且注入的深度有限。

发明内容

本发明的目的旨在至少解决上述技术缺陷之一，特别是提供一种FRD的结构及其制造方法，在提高FRD的工作频率的同时保证开关软度，提高局域寿命控制效果。

为达到上述目的，本发明一方面提供一种快恢复二极管的结构，包括：阴极金属层；位于所述阴极金属层上的阴极区，所述阴极区具有第一导电类型；位于所述阴极区上的漂移区，所述漂移区具有第一导电类型；位于所述漂移区上的阳极区，所述阳极区具有第二导电类型，所述漂移区和所述阳极区的界面处形成PN结，所述PN结处和/或所述漂移区中和或所述阳极区中形成有键合界面；和位于所述阳极区上的阳极金属层。

在本发明的一个实施例中，当所述键合界面位于所述漂移区时，所述键合界面到所述PN结的距离为d₁，所述键合界面到所述漂移区和所述阴极区的界面处的距离为d₂，d₁/d₂的取值范围为（0,1/2]。通过控制键合界面在漂移区的深度，使位于键合界面的复合中心（即低寿命区域）对FRD的软度几乎不产生影响。

在本发明的一个实施例中，所述漂移区中和或所述阳极区中形成有多个键合界面。根据实际情况将键合界面形成在预定的深度范围，并且通过形成多个低寿命区域，更大程度上降低少数载流子的寿命，缩短反向恢复时间，从而进一步提高FRD的开关频率。

在本发明的一个实施例中，当所述漂移区中形成有多个键合界面时，距离所述PN结最远的键合界面到所述PN结的距离为d₁，所述最远的键合界面到所述漂移区和所述阴极区的界面处的距离为d₂，d₁/d₂的取值范围为（0,1/2]。通过控制键合界面在漂移区的深度，使位于键合界面的复合中心（即低寿命区域）对FRD的软度几乎不产生影响。

在本发明的一个实施例中，形成所述键合界面的两个晶片的晶向和掺杂浓度相同。当形成所述键合界面的两个晶片采用相同的晶向时，两晶片的晶面原子面密度相同，键合界面处绝大多数原子间形成共价键，晶格缺陷相对较少，从而载流子寿命相对较高。在本发明的另一个实施例中，形成所述键合界面的两个晶片的晶向和掺杂浓度不相同。当形成所述键合界面的两个晶片采用不同的晶向时，两晶片的晶面原子面密度不同，有较多的原子没有形成共价键，晶格缺陷相对较多，从而载流子寿命相对较低。故在实际应用中，可以根据对器件寿命控制水平的要求选取相同或者不同的晶向键合。

本发明另一方面提供一种FRD的制造方法，包括以下步骤：提供第一晶片，所述第一晶片包括阴极区和位于所述阴极区上的漂移区，所述阴极区和所述漂移区具有第一导电类型；在所述第一晶片的漂移区上依次键合一个或多个第二晶片，每个所述第二晶片具有第一导电类型，以及分别将每个所述第二晶片减薄至所需厚度；对所述第二晶片进行掺杂以形成具有第二导电类型的阳极区；和在所述第一晶片的阴极区下方形成阴极金属层，以及在所述阳极区上形成阳极金属层。

在本发明的一个实施例中，所述第一晶片包括衬底和形成在所述衬底上的外延层，所述衬底为所述阴极区，所述外延层为所述漂移区。