[发明专利]一种软快恢复二极管及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种半导体功率器件，具体涉及一种软快恢复二极管及其制造方法。

背景技术

单个或多个快恢复二极管（FRD）芯片反并联于绝缘栅双极晶体管（IGBT）芯片封装成IGBT模块，统称为IGBT器件，被广泛使用于电压为1200V-6500V的电力系统、机车牵引等中高压领域。随着器件耐压增高，具有软快恢复、低震荡以及高雪崩耐量特性的FRD芯片，本发明称为软快恢复二极管，其重要性越来越突出。

FRD的工作过程即是载流子（电子和空穴）注入和抽取的过程，软快恢复二极管的优势体现在反向恢复工作中。当高压二极管由开通转为关断时，本征区内的载流子会经过一定时间才能被电极抽取和复合干净，此时间称为反向恢复时间t_rr。载流子的抽取过程由反向电流I_R来表征，I_R由零增加至最大反向峰值电流I_RRM所用的时间称为t_a，I_R由I_RRM减小至零所用的时间称为t_b，两个时间比值称为软度因子（S=t_b/t_a）。软快恢复二极管具有更高的软度因子，即载流子抽取速度在抽取后期变慢，这样可以有效降低电流、电压震荡，增宽安全工作区。

对于高压二极管来说，衬底掺杂浓度更低，当器件处于反偏工作条件下，发射区和本征区的PN结处在高压时会因为碰撞电离使电流倍增，电压越高，电流倍增越严重，直至最终发生雪崩击穿，器件失效。提高FRD雪崩耐量能够避免电、热击穿失效，提高反偏安全工作区RBSOA。

要想获得反向恢复速度快的二极管必须采用寿命控制方式，传统二极管结构如图1所示，主要包括N型本征区01、背N+缓冲区02、P型发射区03，掩蔽氧化层04、阴阳极金属051、052以及全局寿命控制区06；全局寿命控制主要是指通过重金属掺杂（Pt、Au等）或电子辐照的方式引入复合中心，降低整个芯片的少数载流子寿命，使得FRD的少数载流子在反向恢复时可以快速的复合和抽取干净，减小t_rr。但是对于传统FRD结构，若要使t_rr降低至几十到几百ns的量级，必须将载流子寿命降到很小，芯片内部缺陷增多，由此将会带来反向漏电偏大、终端可靠性变差、软度因子变小和震荡加剧的风险；同时现有研究表明，电子辐照产生的缺陷会在高温、长期工作中消除，使器件性能退化。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种软快恢复二极管及其制造方法，本发明通过采用全局加局域寿命控制方式，实现器件的软快恢复特性；通过增加高阻区，提高器件的抗雪崩能力。

本发明的目的是采用下述技术方案实现的：

本发明提供一种软快恢复二极管，所述二极管包括N型本征区01、背N+缓冲区02、阳极金属层051以及阴极金属层052，所述背N+缓冲区02设置于N型本征区01的背面，所述阳极金属层051设置于二极管的阳极；所述阴极金属层052设置于二极管的阴极；

其改进之处在于，在所述N型本征区01的正面和阳极金属层051之间设有P型发射区13，在所述阳极金属层051的两端对称设有掩蔽氧化层，在二极管有源区的边界处设有P型高阻区18，在有源区的中心处设有P+欧姆接触层19；全局寿命控制区16设置于二极管的整体，覆盖二极管的所有结构层；在二极管的轴向方向上，所述局域寿命控制层17位于P型发射区13内靠近P+欧姆接触层19的位置上，在二极管的垂直于轴向的方向上，局域寿命控制层17位于P型发射区13和P型高阻区18组成的平面内，避免局域寿命控制层17出现在终端区，采用注入挡版挡住终端区以实现区域注入，挡版材质采用光刻板、金属或光刻胶实现。

进一步地，所述P型发射区13的横向宽度小于N型本征区01的横向宽度；所述P型高阻区18的横向宽度小于P型发射区13的横向宽度且P型高阻区18对称设置于P型发射区13的两端；所述P型发射区13的表面掺杂浓度为3e15-5e17cm^-3，结深为4-25um；所述P型高阻区18的掺杂浓度为1e15-1e17cm^-3，结深为5-30um。

进一步地，所述掩蔽氧化层包括一次掩蔽氧化层141、142和二次掩蔽氧化层143、144；二次掩蔽氧化层144的高度大于二次掩蔽氧化层143的高度；二次掩蔽氧化层144和二次掩蔽氧化层143形成阶梯状。