CN106711232A - 一种快恢复二极管及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例公开了一种快恢复二极管及其制作方法，除包括漂移区、阳极电极和阴极电极外，还包括位于所述漂移区与所述阴极电极之间的场截止层，所述场截止层的掺杂浓度较高，使得所述快恢复二极管关断时，耗尽区只能扩展到漂移区，而无法扩展到整个场截止层，从而使得所述场截止层和阴极电极中的载流子只能慢慢复合，直至全部复合完为止，延长了其反向电流减小到零的时间，避免了FRD关断时回路中产生很大的过冲电压，损坏其电路元件的现象。
Description
技术领域
本发明涉及快恢复二极管技术领域，尤其涉及一种快恢复二极管及其制作方法。
背景技术
如图1所示，现有技术中的快恢复二极管(Fast Recovery Diode，简称FRD)包括：轻掺杂N型漂移区01；位于所述轻掺杂N型漂移区01第一表面的重掺杂P型半导体层02；位于所述重掺杂P型半导体层02背离所述漂移区01一侧的阳极金属层03；位于所述轻掺杂N型漂移区01第二表面的中掺杂N型半导体层04；位于所述重掺杂N型半导体层04背离所述漂移区01一侧的阴极金属层05；其中，所述第一表面和第二表面为所述漂移区相对的两个表面，所述阳极金属层03与所述重掺杂P型半导体层02共同构成阳极电极，所述阴极金属层05与所述重掺杂N型半导体层04共同构成阴极电极。
在FRD在正向导通时，轻掺杂N型漂移区内充满了高浓度的电子和空穴，在FRD关断时，其耗尽区在轻掺杂N型漂移区与重掺杂P型半导体层构成的PN结处扩展。由于轻掺杂N型漂移区的浓度较低，FRD关断时耗尽区主要在轻掺杂N型漂移区扩展，而在耗尽区扩展过程中，耗尽区所经过区域中的载流子被迅速的扫出，造成反向恢复电流的迅速减小到零(即FRD的器件软度较差)，导致在回路中产生很大的过冲电压，损坏FRD的电路元件。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种快恢复二极管及其制作方法，以提高所述快恢复二极管的软度，延长其反向电流减小到零的时间，避免了FRD关断时回路中产生很大的过冲电压，损坏其电路元件的现象。
为解决上述问题，本发明实施例提供了如下技术方案：
一种快恢复二极管，包括：
轻掺杂漂移区；
位于所述漂移区第一表面的场截止层；
位于所述场截止层背离所述漂移区的阴极电极；
位于所述漂移区第二表面的阳极电极，所述第二表面和第一表面为所述漂移区相对的两个表面；
其中，所述漂移区和场截止层的掺杂类型相同，且所述场截止层的掺杂浓度大于所述漂移区的掺杂浓度。
优选的，所述漂移区和场截止层均为N型掺杂层。
优选的，所述场截止层的厚度与所述漂移区的厚度相同。
优选的，所述场截止层的掺杂浓度范围为1013cm-3-1017cm-3，包括端点值。
优选的，所述阳极电极包括：位于所述漂移区第二表面的阳极掺杂层，及位于所述阳极掺杂层背离所述漂移区一侧的阳极金属层；
其中，所述阳极掺杂层与所述漂移区的掺杂类型不同，且所述阳极掺杂层为重掺杂P型掺杂层。
优选的，所述快恢复二极管还包括：
低寿命层，所述低寿命层位于所述阳极掺杂层内，且靠近所述漂移区的一侧，或位于所述漂移区内，且靠近所述阳极掺杂层的一侧。
优选的，所述低寿命层的掺杂离子为He离子。
一种快恢复二极管的制作方法，应用于上述任一项所述的快恢复二极管，其特征在于，该方法包括：
提供轻掺杂半导体衬底，作为漂移区；
在所述漂移区的第一表面形成场截止层；
在所述场截止层背离所述漂移区的一侧形成阴极电极；
在所述漂移区的第二表面形成阳极电极，所述第二表面和第一表面为所述漂移区相对的两个表面；
其中，所述漂移区和场截止层的掺杂类型相同，且所述场截止层的掺杂浓度大于所述漂移区的掺杂浓度。
优选的，所述场截止层的形成工艺为外延工艺。
优选的，所述阳极电极包括：位于所述漂移区第二表面的阳极掺杂层，及位于所述阳极掺杂层背离所述漂移区一侧的阳极金属层，该方法还包括：利用离子注入工艺，在所述阳极掺杂层内或所述漂移区内形成低寿命层；
当所述低寿命层位于所述阳极掺杂层内时，所述低寿命曾位于所述阳极掺杂层内靠近所述漂移区的一侧；当所述低寿命层位于所述漂移区内时，所述低寿命层位于所述漂移区内靠近所述阳极掺杂层的一侧。
与现有技术相比，上述技术方案具有以下优点：
本发明实施例所提供的快恢复二极管，除包括漂移区、阳极电极和阴极电极外，还包括位于所述漂移区与所述阴极电极之间的场截止层，所述场截止层的掺杂浓度较高，使得所述快恢复二极管关断时，耗尽区只能扩展到漂移区，而无法扩展到整个场截止层，从而使得所述场截止层和阴极电极中的载流子只能慢慢复合，直至全部复合完为止，延长了其反向电流减小到零的时间，避免了FRD关断时回路中产生很大的过冲电压，损坏其电路元件的现象。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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发明的一些实施例，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为现有技术中快恢复二极管的结构示意图；
图2为本发明一个实施例中所提供的快恢复二极管的结构示意图；
图3为本发明另一个实施例中所提供的快恢复二极管的结构示意图；
图4为本发明一个实施例中所提供的快恢复二极管制作方法的流程示意图。
具体实施方式
正如背景技术部分所述，现有技术中快恢复二极管的软度较差，导致其关断过程中，在回路中产生很大的过冲电压，损坏FRD的电路元件。
发明人研究发现，可以通过增加漂移区的厚度，来延长耗尽区在所述快恢复二极管内的扩展时间，从而延长所述快恢复二极管中反向电流减小到零的时间，提高所述快恢复二极管的软度，避免所述快恢复二极管关断时回路中产生很大的过冲电压，损坏其电路元件，但是，增加所述漂移区的厚度，会使得所述快恢复二极管导通时的电阻变大，损耗增加。
有鉴于此，本发明实施例提供了一种快恢复二极管，包括：
轻掺杂漂移区；
位于所述漂移区第一表面的场截止层；
位于所述场截止层背离所述漂移区的阴极电极；
位于所述漂移区第二表面的阳极电极，所述第二表面和第一表面为所述漂移区相对的两个表面；
其中，所述漂移区和场截止层的掺杂类型相同，且所述场截止层的掺杂浓度大于所述漂移区的掺杂浓度。
相应的，本发明实施例还提供了一种快恢复二极管的制作方法，应用于上述快恢复二极管，该方法包括：
提供轻掺杂半导体衬底，作为漂移区；
在所述漂移区的第一表面形成场截止层；
在所述场截止层背离所述漂移区的一侧形成阴极电极；
在所述漂移区的第二表面形成阳极电极，所述第二表面和第一表面为所述漂移区相对的两个表面；
其中，所述漂移区和场截止层的掺杂类型相同，且所述场截止层的掺杂浓度大于所述漂移区的掺杂浓度。
由此可见，本发明实施例所提供的快恢复二极管及其制作方法，除包括漂移区、阳极电极和阴极电极外，还包括位于所述漂移区与所述阴极电极之间的场截止层，所述场截止层的掺杂浓度较高，使得所述快恢复二极管关断时，耗尽区只能扩展到漂移区，而无法扩展到整个场截止层，从而使得所述场截止层和阴极电极中的载流子只能慢慢复合，直至全部复合完为止，延长了其反向电流减小到零的时间，避免了FRD关断时回路中产生很大的过冲电压，损坏其电路元件的现象。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。
在以下描述中阐述了具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以多种不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广。因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。
如图2所示，本发明实施例提供了一种快恢复二极管，包括：轻掺杂漂移区10；位于所述漂移区10第一表面的场截止层20；位于所述场截止层20背离所述漂移区10的阴极电极30；位于所述漂移区10第二表面的阳极电极40，所述第二表面和第一表面为所述漂移区10相对的两个表面；其中，所述漂移区10和场截止层20的掺杂类型相同，且所述场截止层20的掺杂浓度大于所述漂移区10的掺杂浓度。
在上述实施例的基础上，在本发明的一个实施例中，所述漂移区10和所述场截止层20优选均为N型掺杂层，在本发明的另一个实施例中，所述漂移区10和所述场截止层20还可以为P型掺杂层，本发明对此并不做限定，具体视情况而定。
下面以所述漂移区10和所述场截止层20均为N型掺杂层为例，对本发明实施例所提供的快恢复二极管进行详细说明。
在上所述实施例的基础上，在本发明的一个实施例中，所述轻掺杂漂移区10为轻掺杂N型掺杂层，所述场截止层20也为N型掺杂层，但所述场截止层20的掺杂浓度大于所述漂移区10的掺杂浓度。
在本发明实施例中，所述阳极电极40包括：位于所述漂移区10第二表面的阳极掺杂层401，及位于所述阳极掺杂层401背离所述漂移区10一侧的阳极金属层402，其中，所述阳极掺杂层401与所述漂移区10的掺杂类型不同，且所述阳极掺杂层401为重掺杂P型掺杂层；所述阴极电极30包括：位于所述漂移区10第一表面的阴极掺杂层301，及位于所述阴极掺杂层301背离所述场截止层20一侧的阴极金属层302，其中，所述阴极掺杂层301的掺杂类型与所述漂移区10的掺杂类型相同，且所述阴极掺杂层301的掺杂浓度大于所述漂移区10的掺杂浓度，优选的，所述阴极掺杂层301为重掺杂N型掺杂层，更优选的，所述阴极掺杂层301的掺杂浓度大于所述场截止层20的掺杂浓度，但本发明对此并不做限定，具体视情况而定。
在上述实施例的基础上，在本发明的一个具体实施例中，所述场截止层20的厚度与所述漂移区10的厚度相同，但本发明对此并不做限定，具体视器件的电压等级而定。
需要说明的是，在本发明实施例中，为了保证所述快恢复二极管的厚度不变，所述漂移区10的厚度为现有技术里快恢复二极管中漂移区10厚度的一半，以避免增加所述快恢复二极管导通时的电阻，从而使得所述快恢复二极管损耗增加的现象。
在上述任一实施例的基础上，在本发明的一个优选实施例中，所述场截止层20的掺杂浓度范围为1013cm-3-1017cm-3，包括端点值，但本发明对此并不做限定，具体视情况而定。
在上述任一实施例的基础上，在本发明的另一个实施例中，所述快恢复二极管还包括低寿命层，如图3所示，在本发明的一个实施例中，所述低寿命层位于所述漂移区10内，且靠近所述阳极掺杂层401的一侧，在本发明的另一个实施例中，所述低寿命层位于所述阳极掺杂层401内，且靠近所述漂移区10的一侧，本发明对此并不做限定，具体视情况而定。
在上述任一实施例的基础上，在本发明的一个优选实施例中，所述低寿命层的掺杂离子为He离子，在本发明的其他实施例中，所述低寿命层的掺杂离子还可以为H离子，本发明对此并不做限定，具体视情况而定。
在本发明实施例中，由于所述快恢复二极管中所述阳极掺杂层401与所述漂移区10构成的PN结附近具有低寿命层，从而可以利用所述低寿命层俘获所述快恢复二极管中的载流子，使得所述快恢复二极管导通时，所述阳极掺杂层401与所述漂移区10构成的PN结附近的载流子浓度较小，大部分载流子集中在所述快恢复二极管的背面区域，在所述快恢复二极管关断时，无法被耗尽区的电场扫出，只能慢慢复合，延长了其反向电流减小到零的时间，大大提高了所述快恢复二极管的软度，避免了FRD关断时回路中产生很大的过冲电压，损坏其电路元件的现象。
综上所述，本发明实施例所提供的快恢复二极管，不需要增加器件的厚度，即可延长其反向电流减小到零的时间，大大提高所述快恢复二极管的软度，避免FRD关断时回路中产生很大的过冲电压，损坏其电路元件。
相应的，本发明实施例还提供了一种快恢复二极管的制作方法，如图4所示，该方法包括：
步骤1：提供轻掺杂半导体衬底，作为漂移区；
步骤2：在所述漂移区的第一表面形成场截止层；
步骤3：在所述场截止层背离所述漂移区的一侧形成阴极电极；
步骤4：在所述漂移区的第二表面形成阳极电极，所述第二表面和第一表面为所述漂移区相对的两个表面；
其中，所述漂移区和场截止层的掺杂类型相同，且所述场截止层的掺杂浓度大于所述漂移区的掺杂浓度。
在上述实施例的基础上，在本发明的一个优选实施例中，在所述场截止层的形成工艺为外延工艺，在所述漂移区的第一表面形成场截止层包括：在所述漂移区的第一表面外延场截止层；在本发明的另一个实施例中，所述场截止层的形成工艺为外延工艺，在所述漂移区的第一表面形成场截止层包括：提供轻掺杂半导体衬底，在所述轻掺杂半导体衬得一侧注入掺杂离子，在所述半导体衬底内形成场截止层，剩余未掺杂部分为漂移区。本发明对此并不做限定，具体视情况而定。
在上述任一实施例的基础上，在本发明的一个实施例中，所述阳极电极包括：位于所述漂移区第二表面的阳极掺杂层，及位于所述阳极掺杂层背离所述漂移区一侧的阳极金属层；所述阴极电极包括位于所述场截止层背离所述漂移区一侧的阴极掺杂层，及位于所述阴极掺杂层背离所述场截止层一侧的阴极金属层。
在上述实施例的基础上，在本发明的一个实施例中，该方法还包括：利用离子注入工艺，在所述阳极掺杂层内或所述漂移区内形成低寿命层。在本实施例的一个实施例中，所述低寿命层位于所述阳极掺杂层内，且所述低寿命曾位于所述阳极掺杂层内靠近所述漂移区的一侧；在本实施例的另一个实施例中，所述低寿命层位于所述漂移区内，且所述低寿命层位于所述漂移区内靠近所述阳极掺杂层的一侧。本发明对此并不做限定，具体视情况而定。
在上述任一实施例的基础上，在本发明的一个优选实施例中，所述低寿命层的注入离子为He离子，但本发明对此并不做限定，在本发明的其他实施例中，其注入离子也可以为H离子，具体视情况而定。
需要说明的是，在本发明实施例中，本发明对所述低寿命层制作过程中注入离子的剂量和时间并不做限定，具体事其深度和掺杂浓度而定，优选的，绝大部分注入离子位于所述快恢复二极管中载流子浓度峰值附近。
利用本发明实施例所提供的制作方法制作的快恢复二极管，除包括漂移区、阳极电极和阴极电极外，还包括位于所述漂移区与所述阴极电极之间的场截止层，所述场截止层的掺杂浓度较高，使得所述快恢复二极管关断时，耗尽区只能扩展到漂移区，而无法扩展到整个场截止层，从而使得所述场截止层和阴极电极中的载流子只能慢慢复合，直至全部复合完为止，延长了其反向电流减小到零的时间，避免了FRD关断时回路中产生很大的过冲电压，损坏其电路元件的现象。
而且，利用本发明实施例所提供的制作方法制作的快恢复二极管，还包括位于所述阳极掺杂层与所述漂移区构成的PN结附近的低寿命层，从而可以利用所述低寿命层俘获所述快恢复二极管中的载流子，使得所述快恢复二极管导通时，所述阳极掺杂层与所述漂移区构成的PN结附近的载流子浓度较小，大部分载流子集中在所述快恢复二极管的背面区域，在所述快恢复二极管关断时，无法被耗尽区的电场扫出，只能慢慢复合，延长了其反向电流减小到零的时间，大大提高了所述快恢复二极管的软度，避免了FRD关断时回路中产生很大的过冲电压，损坏其电路元件的现象。
本说明书中各个部分采用递进的方式描述，每个部分重点说明的都是与其他部分的不同之处，各个部分之间相同相似部分互相参见即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (10)
1.一种快恢复二极管，其特征在于，包括：
轻掺杂漂移区；
位于所述漂移区第一表面的场截止层；
位于所述场截止层背离所述漂移区的阴极电极；
位于所述漂移区第二表面的阳极电极，所述第二表面和第一表面为所述漂移区相对的两个表面；
其中，所述漂移区和场截止层的掺杂类型相同，且所述场截止层的掺杂浓度大于所述漂移区的掺杂浓度。
2.根据权利要求1所述的快恢复二极管，其特征在于，所述漂移区和场截止层均为N型掺杂层。
3.根据权利要求2所述的快恢复二极管，其特征在于，所述场截止层的厚度与所述漂移区的厚度相同。
4.根据权利要求3所述的快恢复二极管，其特征在于，所述场截止层的掺杂浓度范围为1013cm-3-1017cm-3，包括端点值。
5.根据权利要求2所述的快恢复二极管，其特征在于，所述阳极电极包括：位于所述漂移区第二表面的阳极掺杂层，及位于所述阳极掺杂层背离所述漂移区一侧的阳极金属层；
其中，所述阳极掺杂层与所述漂移区的掺杂类型不同，且所述阳极掺杂层为重掺杂P型掺杂层。
6.根据权利要求5所述的快恢复二极管，其特征在于，所述快恢复二极管还包括：
低寿命层，所述低寿命层位于所述阳极掺杂层内，且靠近所述漂移区的一侧，或位于所述漂移区内，且靠近所述阳极掺杂层的一侧。
7.根据权利要求6所述的快恢复二极管，其特征在于，所述低寿命层的掺杂离子为He离子。
8.一种快恢复二极管的制作方法，应用于权利要求1-7任一项所述的快恢复二极管，其特征在于，该方法包括：
提供轻掺杂半导体衬底，作为漂移区；
在所述漂移区的第一表面形成场截止层；
在所述场截止层背离所述漂移区的一侧形成阴极电极；
在所述漂移区的第二表面形成阳极电极，所述第二表面和第一表面为所述漂移区相对的两个表面；
其中，所述漂移区和场截止层的掺杂类型相同，且所述场截止层的掺杂浓度大于所述漂移区的掺杂浓度。
9.根据权利要求8所述的制作方法，其特征在于，所述场截止层的形成工艺为外延工艺。
10.根据权利要求8所述的制作方法，其特征在于，所述阳极电极包括：位于所述漂移区第二表面的阳极掺杂层，及位于所述阳极掺杂层背离所述漂移区一侧的阳极金属层，该方法还包括：利用离子注入工艺，在所述阳极掺杂层内或所述漂移区内形成低寿命层；
当所述低寿命层位于所述阳极掺杂层内时，所述低寿命曾位于所述阳极掺杂层内靠近所述漂移区的一侧；当所述低寿命层位于所述漂移区内时，所述低寿命层位于所述漂移区内靠近所述阳极掺杂层的一侧。
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