[发明专利]功率半导体二极管、IGBT 及其制造方法

说明书

技术领域

本文中所述的实施方式涉及功率半导体二极管、IGBT以及制造功率半导体二极管的方法。 

背景技术

半导体功率二极管通常包括阳极、阴极以及阳极和阴极之间的漂移区。功率半导体二极管的开关损耗主要由接通状态期间储存的并且在使二极管处于关断状态时必须移除的电荷造成。所储存的电荷有时也称为冲入电荷，由于所储存的电荷降低了所谓的导通状态电阻R_ON，所以在导通状态期间需要这些电荷。所储存的电荷量主要由阳极的注入效率、阴极的注入效率以及漂移区内电荷载流子的双极性寿命决定。 

已多次尝试例如通过为阳极和阴极提供特定的掺杂分布来优化这些参数，以调整电荷载流子的寿命，例如限定其寿命。然而，由于高的复合中心的量导致高的漏电流，所以使得对复合中心的最大浓度具有约束。 

考虑到阴极效率时，需要降低掺杂浓度，另一方面，掺杂浓度的降低使导通状态电阻增大。其他的尝试包括局部调整电荷载流子的寿命。阴极可进一步包括与p区域接触的n掺杂区域，p区域设置在n掺杂区域和漂移区之间，以将导通状态期间由电荷载流子引起的漂移区的冲入减少。 

尽管这些以及其他尝试在某种程度上改善了二极管的开关特性，但仍然需要进行进一步的改善。 

发明内容

根据一个或多个实施方式，一种功率半导体二极管包括半导体衬底，该半导体衬底具有第一导电型的第一发射极区域、第二导电型的第二发射极区域以及设置在第一发射极区域和第二发射极区域之间的第一导电型的漂移区。漂移区与第二发射极区域形成pn结。第一发射极金属化与第一发射极区域接触。第一发射极区域包括第一导电型的第一掺杂区域以及第一导电型的第二掺杂区域，其中，第一掺杂区域与第一发射极金属化形成欧姆接触，第二掺杂区域与第一发射极金属化形成非欧姆接触。第二发射极金属化与第二发射极区域接触。 

根据一个或多个实施方式，一种功率半导体二极管包括半导体衬底，其包括第一发射极区域、第二导电型的第二发射极区域以及第一导电型的漂移区，所述漂移区与第二发射极区域形成pn结。第二发射极金属化与第二发射极区域接触。第一发射极金属化与第一发射极区域接触。第一发射极区域包括第一导电型的第一掺杂区域以及第一导电型的至少一个第二掺杂区域，第一掺杂区域与第一发射极金属化形成欧姆接触，第二掺杂区域与第一掺杂区域横向相邻并且与第一发射极金属化形成肖特基接触。 

根据一个或多个实施方式，一种IGBT（绝缘栅双极型晶体管）包括半导体衬底，该衬底具有第一导电型的源极区域（源区）、第二导电型的本体区域、第一导电型的漂移区以及第二导电型的发射极区域。源极金属化与源极区域接触。发射极金属化与发射极区域接触。发射极区域包括第二导电型的第一掺杂区域以及第二导电型的第二掺杂区域，第一掺杂区域与发射极金属化形成欧姆接触，第二掺杂区域与发射极金属化形成非欧姆接触。 

根据一个或多个实施方式，提供了一种制造功率半导体二极管的方法。该方法包括：提供半导体衬底；形成第一导电型的漂移区、第二导电型的第二发射极区域、第二发射极区域和漂移区之间的pn结、以及第一 发射极区域，所述第一发射极区域具有第一导电型的第一掺杂区域和第一导电型的第二掺杂区域；形成与第一发射极区域接触的第一发射极金属化，以在第一发射极金属化与第一发射极区域的第一掺杂区域之间形成欧姆接触，并且以在第一发射极金属化与第一发射极区域的第二掺杂区域之间形成非欧姆接触；以及形成与第二发射极区域接触的第二发射极金属化。 

在阅读以下具体实施方式以及查看附图时，本领域的技术人员会认识到其他特征和优点。 

附图说明

图中的元件不必按比例绘制，而是重点在于示出本发明的各原理。而且，在附图中，相似的参考标号表示相应的部件。附图中： 

图1A~图1C示出了根据实施方式的功率半导体二极管； 

图2示出了根据实施方式的IGBT； 

图3A~图3C示出了根据各种实施方式的第一掺杂区域和第二掺杂区域的布置； 

图4A和图4B示出了根据各种实施方式的第一掺杂区域的布置； 

图5示出了用于确定对于第一发射极区域的不同布局的反向恢复电荷所执行的实验结果； 

图6示出了对于第一发射极区域的不同布局的反向恢复电荷的模拟结果； 

图7示出了所测量出的具有第一发射极区域的不同布局的功率二极管的特性； 

图8和图9示出了从图7中得出的对于不同温度的差分电阻。