[发明专利]快速恢复二极管

说明书

技术领域

本发明涉及功率电子器件的领域，并且更具体地涉及快速恢复二极管(特别地用于具有高于2.5kV击穿电压的器件)和用于制造这样的快速恢复二极管的方法。

背景技术

现有技术二极管包括具有阴极侧和在该阴极侧相对侧的阳极侧的n掺杂基极层。在该阳极侧上，设置p掺杂阳极层并且在该p掺杂阳极层的顶上设置起阳极电极作用的金属层。在阴极侧上，设置更高的(n+)掺杂阴极缓冲层。采用阴极电极的形式的金属层设置在该(n+)掺杂阴极缓冲层的顶上。

图1示出现有技术p掺杂阳极层5的掺杂分布，其包括两个子层56、57。该子层56是硼或镓扩散层，其具有大约1*10¹⁸/cm³或更高的高的最大掺杂浓度565。具有比其他子层更高的子层深度570和更低最大掺杂浓度的另一个子层是铝扩散层。由于高的最大掺杂浓度565，掺杂分布急剧下降到子层深度570。

在具有急剧变化电流(高di/dt)的快速反向恢复下，快速恢复二极管的安全工作区域(SOA)受到动态雪崩击穿的严重限制。这是当电场由具有饱和速度的通过高电场区域的自由载流子而强烈增加时的雪崩击穿。形容词动态反映这在瞬态器件操作期间发生的事实[S.Linder，Power Semiconductors，EPFL出版社，2006]。随着逐渐增加的恢复di/dt，该动态雪崩变得更强并且导致在与静态击穿电压相比低得多的电源电压下的器件失效。

用于抑制动态雪崩的方法基于通过寿命控制的在二极管的n基极层中的导通状态等离子体分布的适当整形。这可以通过与电子辐照或重金属扩散结合的单缺陷峰值质子或氦辐照、多缺陷峰值质子或氦辐照，或质子或氦辐照的组合完成。同样与寿命控制结合的可控和低阳极注入效率是抑制动态雪崩的可能方式。

上文提到的方法广泛地在实践中使用。然而，它们只是通过减少通过高电场区域的自由载流子的数量来去除影响而不是去除成因(即是高电场)。抑制动态雪崩的根源并且将它的出现向更高电源电压推迟的方法是基于厚埋置低掺杂p型层的引入，其通过后跟扩散步骤的高能钯离子辐照形成，并且该层连接到阳极p层(Vobecky等人，Radiation Enhanced Diffusion of Palladium for a Local Lifetime Control in Power Devices(在功率器件中用于局部寿命控制的钯的辐照增强扩散)，IEEE Transaction on Electron Devices，Vol.54，1521-1526)。该p层具有非常低的受主浓度，其使为导致雪崩击穿的碰撞电离负责的在阳极结处的峰值电场平滑。该层的有益效果随递增的厚度增加，同时浓度保持尽可能接近n基极层掺杂的浓度。然而，该方法要求高能离子辐照，为此需要特殊设备。此外，埋置p型层的浓度取决于阳极表面的质量。对于具有大直径的晶片(wafer)，该方法应用起来非常棘手，因为可控p层要求的退火期间的均匀温度分布难以实现。由于钯的使用，在制造过程期间还存在污染风险。

发明内容

本发明的目标是提供快速恢复二极管，关于现有技术器件，动态雪崩在快速恢复二极管中在较高电压时发生并且静态击穿电压被增加。

该目标通过根据权利要求1的二极管和根据权利要求7的这样的二极管的制造方法实现。

发明性的快速恢复二极管包括具有阴极侧和在该阴极侧相对侧的阳极侧的n掺杂基极层。在该阳极侧上，设置p掺杂阳极层，并且典型地采用金属层形式的阳极电极位于该阳极层的顶上，即在与该基极层相对的侧上。该阳极层包括至少两个铝扩散子层，其中第一子层具有第一最大掺杂浓度，其在2*10¹⁶cm^-3和2*10¹⁷cm^-3之间并且该第一最大掺杂浓度高于任何其他子层的最大掺杂浓度。该阳极层进一步包括具有末尾子层深度的末尾子层，其大于所有子层的任意其他子层深度，其中该末尾子层深度在90至120μm之间。每个子层具有掺杂分布。该阳极层的掺杂分布由所有子层的掺杂分布构成使得在至少20μm的第一深度和最大50μm(优选40μm)的第二深度之间达到在5*10¹⁴cm^-3和1*10¹⁵cm^-3范围中的掺杂浓度。

这样的掺杂分布允许提供快速恢复二极管，其中与现有技术器件相比在给定的反向电压时电场被降低，从而动态雪崩可以朝更高的电源电压推迟。该掺杂分布对于具有高于2.5kV的击穿电压的快速恢复二极管是特别有利的。