[实用新型]一种低浓度掺杂发射区的快恢复二极管芯片

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种功率器件，具体涉及一种低浓度掺杂发射区的快恢复二极管芯片。

背景技术

在电力系统、机车牵引、新能源等高端市场领域，快速恢复二极管大部应用于开关器件的续流二极管，为开关器件绝缘栅双极晶体管做匹配使用。其具有正向导通压降低，器件自身损耗小，恢复速度快等特点，是未来高压大电流的发展方向。

传统的大功率快恢复二极管为了追求更快的开关特性和更好的恢复软度，通常采用寿命控制的制造加工技术，上述制造技术的工艺流程复杂制造成本较高。

实用新型内容

针对现有技术的不足，本实用新型的目的是提供一种低浓度掺杂发射区的快恢复二极管芯片，本实用新型不需要寿命控制制造加工技术，而是通过降低阳极与阴极发射极区的掺杂浓度从而降低PN结自键电势差，减少P型掺杂区域注入的空穴总量，从而整体优化了恢复二极管的性能。

本实用新型的目的是采用下述技术方案实现的：

本实用新型提供一种低浓度掺杂发射区的快恢复二极管芯片，所述芯片包括金属阴极和金属阳极，P型掺杂层，N型掺杂层，以及设置在P型掺杂层与N型掺杂层之间的N型衬底，场氧化层以及钝化保护层结构，其改进之处在于，所述P型掺杂层为低浓度的阳极P型掺杂发射区，所述N型掺杂层包括依次连接的低浓度的阴极N型缓冲掺杂区和低浓度的阴极N型增强掺杂区，所述金属阴极设置于N型衬底的底面，所述场氧化层设置于阳极P型掺杂发射区的上部，所述钝化保护层结构设置在场氧化层和金属阳极的上表面，所述金属阳极与阳极P型掺杂发射区连接。

进一步地，所述阳极P型掺杂发射区掺入的离子为硼离子，掺杂浓度为5e16至5e17；所述P型掺杂发射区的浓度为N型单晶硅片衬底浓度的5×10²-2×10³倍；所述阳极P型掺杂发射区的厚度为5-20um；所述阳极P型掺杂发射区开有窗口；

在所述阳极P型掺杂发射区的两端对称设置有终端P型掺杂场限环，所述P型掺杂场限环中掺入的离子为硼离子，掺杂浓度为1e18至1e20；在所述终端P型掺杂场限环的外侧设有N型掺杂截止环，所述N型掺杂截止环中掺入的离子为磷离子或砷离子，掺杂浓度为1e20至1e21；所述终端P型掺杂场限环和N型掺杂截止环均开有窗口；

所述N型掺杂截止环的击穿电压为600V-6500V。

进一步地，所述阴极N型缓冲掺杂区和阴极N型增强掺杂区掺入的离子均为磷离子或砷离子；所述阴极N型缓冲掺杂区的浓度为N型单晶硅片衬底浓度的1×10³-5×10³倍；所述阴极N型增强掺杂区的浓度为N型单晶硅片衬底浓度的5×10³-5×10⁴倍；

所述阴极N型增强掺杂区设置于阴极N型缓冲掺杂区与金属阴极之间；所述阴极N型缓冲掺杂区的厚度为15-50um；所述阴极N型增强掺杂区的厚度为3-10um；

所述金属阴极的厚度为1-2um。

进一步地，所述场氧化层对称设置在阳极P型掺杂发射区的上表面，在所述场氧化层的上表面设有隔离氧化层；所述场氧化层的厚度为1-3um；隔离氧化层的厚度为1.0-3.0um；

所述钝化保护层结构对称设置在场氧化层和金属阳极的上表面；所述钝化保护层结构的厚度为2-15um；所述金属阳极的厚度为4-15um。

与现有技术比，本实用新型达到的有益效果是：

1、采用低浓度的阳极P型掺杂发射区、阴极N型缓冲掺杂区和N型增强掺杂区，可不用寿命控制技术，保证快恢复二极管优良的电特性参数，具体表现为：

（一）在均匀掺杂的N型单晶硅片正面采用氧化和淀积的方式生长保护牺牲层，然后采用离子注入方式进行硅片背面的N型低浓度缓冲区域进行掺杂（相对于其他传统结构的快恢复二极管浓度较低，应为N型单晶硅片衬底浓度的1e3至5e3倍内），采用高温长时间热退火方式对N型低浓度缓冲区的杂质进行激活与推结，以保证N型单晶硅衬底与N型低浓度缓冲区的结处空穴浓度提高，获得较好的开关软度。