一种快速恢复二极管的制作方法

本实用新型涉及半导体技术领域，具体涉及一种快速恢复二极管。

背景技术：

快速开关器件是电力系统、机车牵引、新能源等高端市场中所需要的基本元器件，快速恢复二极管(FRD)作为开关器件的续流二极管被大量应用。

对快速恢复二极管的重要要求是器件的功率损耗小，这要求器件的开关速度快(以关断过程中的电流恢复时间t_r小来标志)以减小开关损耗，反向漏电I_R小以减小断态损耗，正向压降V_on小以减小通态损耗。一种有效的减小t_r的方法是提高器件中复合中心的密度，以降低过剩载流子的寿命，从而加速在导通状态时积累于器件中的过剩载流子的复合，这种减小t_r的方法被称作寿命控制。现有的寿命控制技术大致包括整体寿命控制技术和局域寿命控制技术两大类。整体寿命控制技术是在遍及整体半导体器件各区域产生复合中心，然而减小t_r的同时会造成不同程度的I_R变大、V_on变大等不良后果。作为对整体寿命控制技术的一种改进，局域寿命控制技术是只在对减小t_r最有效的很小的局部区域内(比如在电流流动方向上靠近PN结的地方)产生复合中心，而在对减小t_r效果不大却对I_R、V_on等其它性能影响很大的其它区域不产生复合中心，由此降低了I_R变大、V_on变大等不良后果。然而，如果局域寿命控制层靠PN结太近，会导致反向漏电流过大，从而劣化反向阻断性能；如果离PN太远，又会导致反向恢复峰值电流值过大，从而不利于二极管的反向恢复。

技术实现要素：

因此，本实用新型要解决的技术问题在于如何在保证反向漏电流不过大的同时，减小反向恢复峰值电流。

为此，本实用新型实施例提供了一种快速恢复二极管，包括：第一导电类型半导体层(2)；第二导电类型半导体层(4)，其底面与所述第一导电类型半导体层(2)接触以形成PN结；局域寿命控制层(5)，设置在所述第二导电类型半导体层(4)内，且所述局域寿命控制层(5)的中心距离所述第二导电类型半导体层(4)的所述底面至少3μm，距离所述第二导电类型半导体层(4)的顶面至少7μm。

优选地，所述第二导电类型半导体层(4)形成在所述第一导电类型半导体层(2)上方。

优选地，所述第二导电类型半导体层(4)形成在所述第一导电类型半导体层(2)内，且所述第二导电类型半导体层(4)与所述第一导电类型半导体层(2)的顶面齐平。

优选地，所述第二导电类型半导体层(4)的的厚度为11-22μm。

优选地，所述快速恢复二极管还包括全局寿命控制层，设置在所述第一导电类型半导体层和所述第二导电类型半导体层内。

本实用新型实施例快速恢复二极管，通过限制局域寿命控制层为所述的位置，实现了减小反向漏电流和减小反向恢复峰值电流之间的平衡，从而保证了二极管的反向阻断性能和反向恢复。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例的快速恢复二极管的结构示意图；

图2为图1所示的快速恢复二极管的局域寿命控制层位置与反向恢复峰值电流间关系图；

图3为图1所示的快速恢复二极管的局域寿命控制层位置与反向漏电流间关系图；

图4为本实用新型另一实施例的快速恢复二极管的结构示意图；

图5为本实用新型实施例的快速恢复二极管的制造方法的流程图；

图6为图1所示的快速恢复二极管的制造方法的步骤1的示意图；

图7为图1所示的快速恢复二极管的制造方法的步骤2的示意图；

图8为图1所示的快速恢复二极管的制造方法的步骤3的示意图；

图9为图1所示的快速恢复二极管的制造方法的步骤4的示意图；

图10为图1所示的快速恢复二极管的制造方法的步骤5的示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

下面结合附图和具体实施例对本实用新型的技术方案进行详细描述。

如图1所示，本实用新型实施例提供了一种快速恢复二极管，包括：

第一导电类型半导体层2，该第一导电类型例如是N型；

第二导电类型半导体层4，该第二导电类型例如是P型，其底面与该第一导电类型半导体层2接触以形成PN结；具体地，第二导电类型半导体层4可以通过掺杂形成在在该第一导电类型半导体层2内，且该第二导电类型半导体层4与该第一导电类型半导体层2的顶面齐平；

局域寿命控制层5，设置在该第二导电类型半导体层4内，优选地，该局域寿命控制层5的中心距离该第二导电类型半导体层4的该底面至少3μm，距离该第二导电类型半导体层4的顶面至少7μm。

申请人经过反复实验发现，如图2所示，当局域寿命控制层5的中心到第二导电类型半导体层4的顶面的距离D1小于7μm时，二极管反向恢复峰值电流处于高位，且当D1接近7μm时陡然下降，而当D1大于7μm时维持在较为稳定的低位，因此为了获得较低的反向恢复峰值电流，从而有利于二极管的反向恢复特性，D1至少为7μm是优选的；另一方面，如图3所示，当局域寿命控制层5的中心到第二导电类型半导体层4的底面的距离D2小于3μm时，二极管反向漏电流处于高位，其当D2接近3μm时陡然下降，而当D2大于3μm时维持在较为稳定的低位，因此为了获得较低的反向漏电流，从而有利于降低二极管反向阻断时的关断态损耗，D2至少为3μm是优选的。

由此，本实用新型实施例快速恢复二极管，通过限制局域寿命控制层为该的位置，实现了减小反向漏电流和减小反向恢复峰值电流之间的平衡，从而保证了二极管的反向阻断性能和反向恢复。

优选地，本实用新型实施例快速恢复二极管是深结快速恢复二极管，具体地，第二导电类型半导体层4的厚度11-22μm。

优选地，该快速恢复二极管还包括全局寿命控制层，设置在第一导电类型半导体层和第二导电类型半导体层内，用于进一步提高器件反向阻断性能。

如图4所示，本实用新型另一实施例提供了一种快速恢复二极管，其中，第二导电类型半导体层4设置在第一导电类型半导体层2上，局域寿命控制层5设置在该第二导电类型半导体层4内。具体地，该第二导电类型半导体层4通过外延生长形成并覆盖在第一导电类型半导体层2上。

如图5所示，本实用新型实施例还提供了一种快速恢复二极管的制造方法，包括：

S1.形成第一导电类型半导体层2。具体地，如图6所示，提供一N型硅衬底，该衬底从下而上包括N+层1和N-层2。

S2.在该第一导电类型半导体层2上形成氧化层3。具体地，如图7所示，在衬底上生长厚度8000-20000埃的氧化层3，生长条件为：H2和O2的气氛；900℃-1100℃的温度范围；1-10小时的氧化时间。

S3.图案化该氧化层3。如图8所示，用光刻法图案化氧化层3，以形成后续用于离子注入的窗口，优选地，还在窗口上生长300-500埃氧化层(未图示)作为掩蔽层。

S4.形成第二导电类型半导体层(4)，其底面与该第一导电类型半导体层(2)接触以形成PN结：具体地，如图9所示，通过氧化层的窗口对N型硅衬底硼离子注入，形成硼离子注入层，其中硼离子注入剂量为1x10¹³cm^-2～1x10¹⁵cm^-2，再在1200℃氮气气氛下推结下形成11-22μm的重掺杂P型半导体层4(作为快速恢复二极管的阳极)。优选地，还可以同时形成终端结构6。

S5.在该第二导电类型半导体层(4)内形成局域寿命控制层(5)。具体地，如图10所示，利用金属或光刻胶8在除阳极4窗口外区域进行阻挡，并通过在该窗口注入氢或氦，退火形成局域寿命控制层5。

本实用新型实施例的快速恢复二极管的制造方法，通过限制局域寿命控制层为该的位置，实现了减小反向漏电流和减小反向恢复峰值电流之间的平衡，从而保证了二极管的反向阻断性能和反向恢复。

在另一个优选的实施例中，还可以将上述步骤S2-S4替换为：通过外延生长在第一导电类型半导体层2上形成第二导电类型半导体层(4)。

优选地，在形成局域寿命控制层之后，还包括形成阳极区补硼层，有助于降低金属电极与半导层之间的接触电阻。具体地，在阳极4表面补注入浓硼，能量20-50KeV，注入剂量为1x10¹³cm^-2～1x10¹⁵cm^-2，在温度900℃条件下持续1小时退火进行激活。

优选地，在形成局域寿命控制层之后，还包括形成电极。具体地，在正面阳极区4表面和背面阴极区1表面采用蒸发或者溅射金属铝，再刻蚀形成金属电极。

优选地，在形成电极的步骤之后，还包括形成表面钝化层和发射极铝引线PAD区域。具体地，在阳极区4表面，通过形成氮化硅(SIN)、二氧化硅(SIO2)或聚酰亚胺(PI)以进行表面钝化，并在阳极区4表面形成发射极铝引线PAD区域。

优选地，在形成该局域寿命控制层之后，在第一导电类型半导体层(2)和该第二导电类型半导体层(4)内形成全局寿命控制层。优选地，该全局寿命控制层通过电子辐照或重金属高温推结注入形成。具体地，在一种实施方式中，该全局寿命控制层可以在上述形成发射极铝引线PAD区域的步骤之后，通过电子辐照在器件的阴极和阳极区内均形成全局寿命控制层，以实现对器件正向压降温度特征的微调。在另一种实施方式中，该全局寿命控制层形成发射极铝引线PAD区域之前，通过重金属(比如铂、金或钯)高温推结注入形成。优选地，上述两种全局寿命控制层的方法也可以叠加实施。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型的保护范围之中。