提高动态雪崩抗性的功率二极管的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种功率二极管，尤其是一种提高动态雪崩抗性的功率二极管，属于功率二极管的技术领域。
【背景技术】
[0002]功率二极管作为功率器件家族一员，一直在许多领域扮演重要角色，如:斩波、开关、逆变等。伴随着功率二极管不断向高压器件发展，其可靠性也需要越来越多的关注。FRD(快速恢复二极管)关断时，空穴从阳极抽出，当空穴运动到阳极的空间电荷区时，因空穴的带电极性同空间电荷区内部电离施主的带电极性相同，使得此区域的有效掺杂浓度Neff提高，电压在低于静态击穿电压(BV)时发生击穿，称为动态雪崩。提高衬底掺杂浓度虽然可以降低空穴电流对有效掺杂浓度Nrff的影响，但也会造成静态击穿电压(BV)降低，同时可能引起器件关断时，电流不连续发生振荡，影响器件的可靠性。动态雪崩作为器件可靠性的关键一环，一直是中高压器件需要考虑的重要因素，发生动态雪崩时，可导致器件失效；而对于低压器件，动态雪崩虽不易烧毁器件却延长了关断时间，增加损耗。
【发明内容】
[0003]本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种提高动态雪崩抗性的功率二极管，其结构紧凑，能有效提高动态雪崩抗性，提高静态击穿电压，改善功率二极管的性能，安全可靠。
[0004]按照本发明提供的技术方案，所述提高动态雪崩抗性的功率二极管，包括半导体基板以及位于所述半导体基板内的第一导电类型基区；在半导体基板的背面设置用于形成阴极的阴极区，在所述半导体基板的正面设置用于形成阳极的阳极区；在所述阳极区与第一导电类型基区间设置若干第一导电类型柱与第二导电类型柱交替分布的超结结构，所述超结结构内的第一导电类型柱的掺杂浓度与超结结构内的第二导电类型柱的掺杂浓度相同，且超结结构内第一导电类型柱的掺杂浓度高于第一导电类型基区的掺杂浓度。
[0005]所述第一导电类型基区与阴极区间设置有第一导电类型缓冲层，所述第一导电类型缓冲层与第一导电类型基区、阴极区相邻接。
[0006]所述超结结构中的第一导电类型柱的高度与第二导电类型柱的高度相同，且超结结构中第一导电类型柱的高度小于第一导电类型基区的厚度。
[0007]本发明的优点:在阳极与第一导电类型基区间设置超结结构，超结结构内第一导电类型柱的掺杂浓度高于第一导电类型基区的掺杂浓度，第一导电类型柱的高度小于第一导电类型基区的厚度，在关断时，能使得峰值电场分布在第一导电类型柱以及第二导电类型柱内，能降低阳极抽取空穴对空间电荷区有效掺杂浓度的影响，降低了发生动态雪崩的概率，提高功率二极管可承载的峰值电流密度。此外，由于超结结构使得电荷平衡，能提高二极管的静态击穿电压，即达到有效改善二极管整体性能的目的，结构紧凑，安全可靠。
【附图说明】
[0008]图1为本发明的一种结构不意图。
[0009]图2为本发明的另一种结构不意图。
[0010]附图标记说明:1-阳极1、2-P柱、3-N柱、4-N型基区、5-阴极以及6-N型缓冲层。
【具体实施方式】
[0011 ]下面结合具体附图和实施例对本发明作进一步说明。
[0012]如图1所示:为了能有效提高动态雪崩抗性，以第一导电类型为N型为例，本发明包括半导体基板以及位于所述半导体基板内的N型基区4;在半导体基板的背面设置用于形成阴极5的阴极区，在所述半导体基板的正面设置用于形成阳极I的阳极区；在所述阳极区与N型基区4间设置若干N柱3与P柱2交替分布的超结结构，所述超结结构内的N柱3的掺杂浓度与超结结构内的P柱2的掺杂浓度相同，且超结结构内N柱3的掺杂浓度高于N型基区4的掺杂浓度。
[0013]具体地，半导体基板的材料可以选用本技术领域常用的半导体材料，如硅等，半导体基板的导电类型可以为N型或P型，当第一导电类型为N型时，则第二导电类型为P型，具体为本技术领域人员所熟知，此处不再赘述。N型基区4位于半导体基板内，一般地，半导体基板的导电类型也为N型。超结结构位于阳极I与N型基区4之间，通过若干N柱3与P柱2的交替分布能够形成超结结构，N柱3、P柱2的上端与阳极I相互连接，N柱3、P柱2的下端与N型基区4相互连接。一般地，通过在半导体基板内注入P导电类型的杂质离子形成阳极I，阳极区内P的掺杂浓度大于P柱2的掺杂浓度。具体使用时，利用阳极1、阴极5接入所需的电路，利用功率二极管的特性参与承压、整流或续流的能力，具体可以根据需要进行选择，具体为本技术领域人员所熟知，此处不再赘述。N柱3的掺杂浓度NPma4N型基区4的掺杂浓度Nbase3,—般应满足如下关系式:Nbase<NPmar < 10 Nbase;Nbase掺杂浓度同一般高压功率二极管相同在E12?El 3cm—3数量级。
[0014]本发明实施例中，在功率二极管关断时，利用超结结构使得二极管内的峰值电场均匀分布在P柱2以及N柱3内，由于N柱3的掺杂浓度高于N型基区的掺杂浓度，能降低阳极I抽取空穴对空间电荷区有效掺杂浓度的影响，降低了发生动态雪崩的概率，提高功率二极管可承载的峰值电流密度。此外，由于超结结构使得电荷平衡，能提高二极管的静态击穿电压，即达到有效改善二极管整体性能的目的。具体实施时，当第一导电类型为P型，第二导电类型为N型的功率二极管可以参考上述说明，具体为本技术领域人员所熟知，此处不再赘述。
[0015]进一步地，所述N型基区4与阴极区间设置有N型缓冲层6，所述N型缓冲层6与N型基区4、阴极区相邻接。
[0016]本发明实施例中，可以在N型基区4与阴极区设置N型缓冲层6，如图2所示。一般地，可以通过在半导体基板的背面通过注入N型杂质离子的方式形成阴极区，N型基区4的掺杂浓度低于N型缓冲层6的掺杂浓度，阴极区的掺杂浓度高于N型缓冲层6的掺杂浓度。N型缓冲层6以及阴极I可以通过本技术领域常用的技术手段制备得到，具体为本技术领域人员所熟知，此处不再赘述。
[0017]所述超结结构中的N柱3的高度与P柱2的高度相同，且超结结构中N柱3的高度小于N型基区4的厚度。本发明实施例中，N柱3、P柱2的高度均小于N型基区4，N柱3、P柱2具体的高度可以根据需要进行选择确定，具体为本技术领域人员所述熟知，此处不再赘述。
【主权项】
1.一种提高动态雪崩抗性的功率二极管，包括半导体基板以及位于所述半导体基板内的第一导电类型基区；在半导体基板的背面设置用于形成阴极的阴极区，在所述半导体基板的正面设置用于形成阳极的阳极区；其特征是:在所述阳极区与第一导电类型基区间设置若干第一导电类型柱与第二导电类型柱交替分布的超结结构，所述超结结构内的第一导电类型柱的掺杂浓度与超结结构内的第二导电类型柱的掺杂浓度相同，且超结结构内第一导电类型柱的掺杂浓度高于第一导电类型基区的掺杂浓度。2.根据权利要求1所述的提高动态雪崩抗性的功率二极管，其特征是:所述第一导电类型基区与阴极区间设置有第一导电类型缓冲层，所述第一导电类型缓冲层与第一导电类型基区、阴极区相邻接。3.根据权利要求1所述的提高动态雪崩抗性的功率二极管，其特征是:所述超结结构中的第一导电类型柱的高度与第二导电类型柱的高度相同，且超结结构中第一导电类型柱的高度小于第一导电类型基区的厚度。
【专利摘要】本发明涉及一种提高动态雪崩抗性的功率二极管，其包括半导体基板以及位于所述半导体基板内的第一导电类型基区；在半导体基板的背面设置用于形成阴极的阴极区，在所述半导体基板的正面设置用于形成阳极的阳极区；在所述阳极区与第一导电类型基区间设置若干第一导电类型柱与第二导电类型柱交替分布的超结结构，所述超结结构内的第一导电类型柱的掺杂浓度与超结结构内的第二导电类型柱的掺杂浓度相同，且超结结构内第一导电类型柱的掺杂浓度高于第一导电类型基区的掺杂浓度。本发明结构紧凑，能有效提高动态雪崩抗性，提高静态击穿电压，改善功率二极管的性能，安全可靠。
【IPC分类】H01L29/36, H01L29/06, H01L29/868
【公开号】CN105655411
【申请号】
【发明人】张须坤, 沈千行, 卢烁今, 朱阳军
【申请人】江苏中科君芯科技有限公司, 江苏物联网研究发展中心
【公开日】2016年6月8日
【申请日】2016年3月15日