[发明专利]超结肖特基PIN二极管

说明书

本发明涉及一种半导体芯片，其具有n⁺型掺杂的衬底，在所述n⁺型掺杂的衬底上存在n型掺杂的外延层，所述n型掺杂的外延层具有在所述外延层中引入的、以p型掺杂的半导体材料填充的沟槽，所述沟槽在其上侧分别具有高度p型掺杂的区域，使得存在具有第一宽度的n型掺杂的区域与具有第二宽度的p型掺杂的区域的交替布置。此外所述芯片包含在其前侧设置的第一金属层，所述第一金属层与所述n型掺杂的外延层形成肖特基接触部并且与所述高度p型掺杂的区域形成欧姆接触部并且用作阳极电极。在所述半导体芯片的背侧设置第二金属层，所述第二金属层是欧姆接触部并且用作阴极电极。在n型掺杂的区域和相邻的p型掺杂的区域之间分别设置有介电层。

背景技术

在CO₂题材的范畴内，越来越需要高效的换流器。例如逆变器（Inverter（逆变器））用于光伏应用或汽车应用。为此需要高截止、低损耗和快速开关的功率半导体。除有源半导体开关如IGBT或CoolMOS晶体管以外，还需要空转二极管。对于高电压应用，一般使用由硅制成的PiN二极管。PiN二极管具有小的导通电压和低的截止电流，并且因此具有低的前向损耗和截止损耗。然而，不利的是在电流换向时作为关断损耗出现的高的开关损耗。

高电压PiN二极管是PN二极管，其中未掺杂的（本征的）和在实践中大多是轻微掺杂的层i位于p型区和n型区之间。截止电压主要由轻微掺杂的区i接受。空间电荷区主要在轻微掺杂的区中延伸。该轻微掺杂的区的掺杂浓度和厚度由预给定的击穿电压确定。高击穿电压意味着该轻微掺杂的区的低掺杂浓度和大的厚度。对于600V二极管，i层的杂质浓度是大约3·10¹⁴cm^-3并且层厚度是大约50微米。

在具有高电流浓度的流运行（Flussbetrieb）中，在PiN二极管中出现高注入。在此，电子和空穴被注入到轻微掺杂的区中。在此，所注入的少数载流子的浓度超出轻微掺杂的区的掺杂浓度。由此，大大提高轻微掺杂的区的导电性。因此，在轻微掺杂的中心区处的电压降保持得低。在高电流情况下的流电压（Flussspannung）保持得低。与此相反，在多数载流子构件例如肖特基二极管的情况下没有发生载流子密度的增加。轻微掺杂的区表示大的欧姆电阻，在流动方向上相应地高的电压降落在所述大的欧姆电阻上。

在PN二极管或PiN二极管运行期间在流动方向上注入到轻微掺杂的区中的载流子（电子和空穴）必须在二极管能够接受截止电压之前在关断时首先被减小。因此，电流在突然的电流换向时首先在截止方向上继续流动，直到所存储的载流子减小或耗尽。该电流也被称为耗尽电流或反向恢复电流。耗尽电流的大小和持续时间主要由在轻微掺杂的区中存储的载流子的量确定。越多载流子存在，耗尽电流就越高。更高的耗尽电流意味着更高的关断损耗功率。由关断电流在时间上的积分得到存储电荷Qrr（反向恢复电荷），所述存储电荷是用于描述关断损耗功率的重要参量并且应尽可能小。开关时间和开关损耗在PiN二极管中是高的。

肖特基二极管（金属-半导体接触部或硅化物半导体接触部）提供开关行为的改善。在肖特基二极管的情况下，在流运行中没有发生高注入。因此，少数载流子的耗尽消除。肖特基二极管快速开关并且几乎无损。然而，对于高的截止电压，既不需要厚的半导体层也不需要低掺杂的半导体层，这在高电流的情况下导致不可接受的高的流电压。因此，在硅技术中尽管有良好的开关行为，功率肖特基二极管也不适合于高于约100V的截止电压。