[发明专利]一种快恢复二极管及其制作方法

说明书

本发明提供一种快恢复二极管及其制作方法，快恢复二极管包括衬底、N+阴极区、P+阳极区、寿命控制掺杂层、P+掺杂层、阳极侧电极和阴极侧电极；P+掺杂层位于寿命控制掺杂层内部，寿命控制掺杂层位于P+阳极区内部；阳极侧电极和阴极侧电极分别位于衬底的正面和背面；P+阳极区位于所述衬底正面且靠近阳极侧电极，N+阴极区位于所述衬底背面且靠近阴极侧电极。本发明降低反向阻断漏电流和正向导通压降，进一步降低了快恢复二极管的损耗，延长了寿命；且通过本发明中的寿命控制掺杂层可以有效改善快恢复二极管的电压温度系数。

技术领域

本发明涉及功率半导体技术领域，具体涉及一种快恢复二极管及其制作方法。

背景技术

快恢复二极管(Fast Recovery Diode，FRD)作为一种常见的功率半导体开关器件，由于其开关特性好，反向恢复时间短等特点，常常与绝缘栅双极型晶体管(InsulatedGate Bipolar Transistor，IGBT)反并联使用在家用电器、电动汽车、轨道机车等各个领域，特别是在电力系统中，广泛应用于换流阀、断路器等高压设备。普通二极管的结构一般为P型半导体与N型半导体直接接触形成PN结，而适用于电力系统中的快速恢复二极管在普通二极管的P型、N型硅材料中间增加了本征半导体i区，构成P-i-N硅片。其中：制备本征半导体i区的方法主要是通过在P型层和N型层形成一个低浓度的N-区，使得N-区相比于P型区和N型区可以近似认为是本征半导体i区，快恢复二极管结构和掺杂分布示意图如图1所示。目前常见的快恢复二极管通常使用全局寿命控制技术，例如重金属扩散技术等，在二极管内部形成从上至下的寿命控制区，调控二极管P区、i区和N区的全区域载流子寿命，以达到优化载流子分布且优化二极管性能参数的目的。

快恢复二极管在正向导通状态下，电子和空穴会注入到高电阻区的N-漂移区中，载流子浓度增加，形成电导调制效应，在额定电流条件下降低正向导通压降，降低正向导通损耗。但是由于存在全局寿命控制，N-漂移区的载流子浓度一般保持在比较低的水平，即正向导通状态下快恢复二极管的损耗比较高。快恢复二极管在反向阻断状态下并不是完全没有电流通过，在有源区中，低掺杂漂移区N-区承担大部分电场，大量电子空穴对在电场的作用下发生分离，电子向阴极侧高电位移动，形成电子电流，空穴向阳极侧低电位移动，形成空穴电流，二者加和即为反向漏电流，快恢复二极管反向电场分布示意图如图2所示。特别的，如果在漂移区存在载流子寿命控制层，那么形成寿命控制层的缺陷会在反向电场作用下，产生更多的电子和空穴，反向漏电流会进一步增大，导致反向阻断状态下快恢复二极管的损耗比较高。

发明内容

为了克服上述现有技术中正向导通状态和反向阻断状态下快恢复二极管的损耗比较高的不足，本发明提供一种快恢复二极管及其制作方法，快恢复二极管包括衬底、N+阴极区、P+阳极区、寿命控制掺杂层、P+掺杂层、阳极侧电极和阴极侧电极；P+掺杂层位于寿命控制掺杂层内部，寿命控制掺杂层位于P+阳极区内部；阳极侧电极和阴极侧电极分别位于衬底的正面和背面；P+阳极区位于所述衬底正面且靠近阳极侧电极，N+阴极区位于所述衬底背面且靠近阴极侧电极，降低了正向导通状态和反向阻断状态下快恢复二极管的损耗。

为了实现上述发明目的，本发明采取如下技术方案：

一方面，本发明提供一种快恢复二极管，包括衬底、N+阴极区、P+阳极区、寿命控制掺杂层、P+掺杂层、阳极侧电极和阴极侧电极；

P+掺杂层位于寿命控制掺杂层内部，寿命控制掺杂层位于P+阳极区内部；阳极侧电极和阴极侧电极分别位于衬底的正面和背面；P+阳极区位于所述衬底正面且靠近阳极侧电极，N+阴极区位于所述衬底背面且靠近阴极侧电极。

所述寿命控制掺杂层通过离子注入形成。

所述离子注入次数采用单步或多步；

所述离子注入方式采用轻离子注入方式或重离子注入方式。