[实用新型]一种新型快速恢复二极管

说明书

【技术领域】

本实用新型属于半导体功率器件技术领域，尤其涉及一种新型快速恢复二极管。

【背景技术】

快速恢复二极管（FRD）广泛应用于中低压、高压及超高压领域，随着电力系统、机车牵引等高端市场的发展，对FRD的工作特性及可靠性要求越来越高。

如图1所示，传统的FRD为PIN三层结构，当正向导通时P型掺杂区02中的空穴和N型掺杂区05中的电子分别向本征区01注入并在此区域复合，形成电导调制，而本征区01中载流子存储越多导通电阻越低，正向压降V_F越小，若此时给FRD施加反向偏压，由于本征区01内还存在大量载流子，FRD并不能立刻关断，本征区01内的载流子将被正、负电极抽取干净，而抽取所用的时间即为反向恢复时间t_rr，载流子在反向偏压的作用下被正、负电极抽取形成反向电流I_R，I_R由零增加至最大反向峰值电流I_RRM后FRD恢复阻断能力，I_R随即开始减小至零，从I_RRM减小至零所用的时间t_b与I_R从零增加至I_RRM所用的时间t_a之比称为软度（S=t_b／t_a）。t₁₁的长短直接关系到开关器件的开关损耗和工作频率；软度关系到FRD的工作安全性。

公开号为US6888211B2（图2）专利公开了通过进行离子注入、高温推结，形成低掺杂的P型区121后再进行离子注入、激活形成高浓度浅结的P+掺杂区122，以保证阳极的欧姆接触。但此方法的改善程度有限，因为P型掺杂区浓度降低过多时，同阳极金属的接触电阻会增加，而且反偏时耗尽区接近硅表面，反向漏电流会增加；专利号为97112472.8（图3）中通过采用P+／P（222/221）两层结构，尽管有利于FRD的动态性能，但是增加了一道光刻工艺，制造成本较高。

【实用新型内容】

为克服以上不足，本实用新型提供了一种低I_RRM和t_rr、高反向恢复软度的工艺简单且制造成本低的快速恢复二极管及其制造方法。

为达到上述目的，本实用新型提供了一种快速恢复二极管，包括P型掺杂区，均匀掺杂的本征区，N型掺杂区和阳极、阴极金属层及场氧化膜，其中，P型掺杂区包括高浓度P型掺杂区和低浓度P型掺杂区。

本实用新型的一种快速恢复二极管，其中，HP和LP相间、交错分布。

本实用新型的一种快速恢复二极管，其中，场氧化膜上刻蚀有离子注入窗口。

本实用新型的一种快速恢复二极管，其中，离子注入窗口的间距为L，形状为正六边形、正方形、圆形或插指形。

本实用新型的一种快速恢复二极管，其中，离子注入窗口的间距L为固定值或非固定值。L为某一固定值，离子注入窗口间的间距即为某一固定值，即离子注入窗口为等间距；L为非固定值，离子注入窗口间的距离不固定，即离子注入窗口为非等间距。

本实用新型的一种快速恢复二极管，其中，L为固定值。

本实用新型的一种快速恢复二极管，其中，离子注入窗口为正六边形。

本实用新型的一种快速恢复二极管，其中，场氧化膜上等间距分布有正六边形离子注入窗口。

一种制备快速恢复二极管的高、低浓度相间的P型掺杂区的方法，通过在均匀掺杂的本征区上以任意间距L的任意形状离子注入窗口进行局域注入并进行热扩散推进，推进结深H为3～80um，形成高、低浓度相间的P型掺杂区后经过孔刻蚀和阳极、阴极金属化及钝化。离子注入剂量为1×10¹³～1×10¹⁵/cm²，离子注入的种类可以为硼（B）、铝（Al）、镓（Ga）。

本实用新型的制备方法，其中，L在0.4H≤L≤1.6H区间。以保证杂质推进后相邻的两个P型掺杂区（高掺杂P区HP和低掺杂P区LP）可以连接上。

本实用新型的一种快速恢复二极管，其中，高浓度P掺杂区的载流子浓度1e¹⁷～1e¹⁹cm^-3，高浓度P掺杂区的载流子浓度高于低浓度P掺杂区约2～5个数量级。

本实用新型的制备方法，其中，采用等间距、正六边形离子注入窗口进行局域注入较优，注入后P型区浓度及形貌更具有对称性和规律性，保证FRD工作过程中的电流均匀性和低漏电流。