CN210272367U

CN210272367U - 一种基于三维半导体晶圆的快恢复二极管结构

Info

Publication number: CN210272367U
Application number: CN201920862397.3U
Authority: CN
Inventors: 王俊; 张志林; 王振国
Original assignee: LUOYANG HONGTAI SEMICONDUCTOR CO Ltd
Current assignee: LUOYANG HONGTAI SEMICONDUCTOR CO Ltd
Priority date: 2019-06-10
Filing date: 2019-06-10
Publication date: 2020-04-07
Anticipated expiration: 2029-06-10

Abstract

本实用新型涉及一种基于三维半导体晶圆的快恢复二极管结构，包括依次层布置的第一电极层、正面导通层、阻断层、背面导通层及第二电极层，所述阻断层内垂直于其两侧端面的方向嵌入有由多个阵列状分布的连接体形成连接层，所述连接层中的连接体一端嵌设在所述阻断层内，另一端在所述阻断层的一端面与所述正面导通层或背面导通层连接。本实用新型由于在阻断层内引入连接层，该连接层是由多个阵列状分布的且垂直于阻断层两端面的方向嵌入的连接体形成，该结构可以形成交替分布的深/浅PN结，以达到控制非平衡载流子注入效率的目的，使得二极管在导通时可以有效地降低器件阳极或阴极的注入效率，提高器件的开关速度。该实用新型性能优越、加工制造工艺容易实现，且成本低。

Description

一种基于三维半导体晶圆的快恢复二极管结构

技术领域

本实用新型涉及一种快恢复二极管结构，一种基于三维半导体晶圆的快恢复二极管结构，属于功率半导体器件领域。

背景技术

功率半导体器件是电力电子技术的基础，一代新型功率半导体器件的出现，总会带来电力电子技术的革命。现代社会对发电、电能传输和电力管理技术提出了更高的要求，促使新型功率器件的研究进一步向着大功率、高频化发展。

近年来，绝缘栅双极晶体管(IGBT)，垂直扩散场效应晶体管(VDMOS)等全控型器件的性能有了极大的提高，与之共同使用的快恢复二极管(FRD)已经成为了线路中薄弱的地方。快恢复二极管也向更宽的安全工作区，更高的耐压，更低的漏电流，更快的回复时间，更软的恢复特性发展。

目前有研究记载，对FRD的反向恢复特性起决定性作用的是导通时过量载流子在基区的分布。现在主要有两种方法来控制过量载流子的分布，一是载流子寿命控制技术，另一种是发射极注入效率控制技术。载流子寿命主要是通过在器件内部引入复合中心，有效的降低非平衡载流子的寿命从而控制关断时间，主要包括重金属掺杂(金，铂，钯)，电子辐照在内的全局载流子寿命控制技术和包括质子辐照，a l pha粒子辐照在内的局部载流子寿命控制技术；发射极注入效率控制技术主要是通过降低电极注射到漂移区的非平衡载流子数量来减小FRD的关断时间。这两种技术虽然都能有效地控制过量载流子，从而提高FRD的性能，然而为了控制过量载流子在基区的浓度分布，需要在快恢复二极管的工艺制程中引入额外的工艺步骤，如一、对硅半导体进行电子辐照或者在高温条件下，在硅半导体中注入并扩散金或铂作为复合中心；二、SSD二极管：需要至少多一步离子注入和扩散，在二极管的阳极形成交替组成的P浅节和P+深节；三、SPEED二极管：需要至少多一步离子注入和扩散形成高浓度区与低浓度区镶嵌的结构，这不仅会大幅提高成本，还将影响良品率。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种基于三维半导体晶圆的快恢复二极管结构，在改善二极管漂移区的载流子分布，提高快恢复二极管的性能的同时简化快恢复二极管的工艺步骤，降低制造成本。

本实用新型解决上述技术问题的技术方案如下：一种基于三维半导体晶圆的快恢复二极管结构，包括依次层布置的第一电极层、正面导通层、阻断层、背面导通层及第二电极层，所述阻断层内垂直于其两侧端面的方向嵌入有由多个阵列状分布的连接体形成连接层，所述连接层中的连接体一端嵌设在所述阻断层内，另一端在所述阻断层的一端面与所述正面导通层或背面导通层连接。

本实用新型的有益效果是：本实用新型由于在阻断层内引入连接层，该连接层是由多个阵列状分布的且垂直于阻断层两端面的方向嵌入的连接体形成，该结构可以形成交替分布的深/浅PN结，以达到控制非平衡载流子注入效率的目的，使得二极管在导通时可以有效地降低器件阳极或阴极的注入效率，提高器件的开关速度，该结构简单，加工制造容易且成本低。

在上述技术方案的基础上，本实用新型还可以做如下改进。

本实用新型如上所述一种基于三维半导体晶圆的快恢复二极管结构，进一步，所述第一电极层为阳极电极层，所述正面导通层是导电型号为P型的高浓度区，所述阻断层为导电型号为N型的高阻区；所述连接层是导电型号为N型的高浓度区，所述连接层中的连接体一端嵌入阻断层内部，另一端在阻断层的底面与背面导通层相连接；背面导通层为导电型号为N型的低阻区；所述第二电极层为阴极电极层。

本实用新型如上所述一种基于三维半导体晶圆的快恢复二极管结构，进一步，第一电极层为阳极电极层；所述正面导通层为导电型号为P型的低阻区；连接层为导电型号为P型的高浓度区，所述连接层中的连接体一端嵌入阻断层内部，另一端在其顶面与正面导通层连接；阻断层为导电型号为N型的高阻区；背面导通层为导电型号为N型的低阻区；所述第二电极层为阴极电极层。

本实用新型如上所述一种基于三维半导体晶圆的快恢复二极管结构，进一步，所述连接层为两层，其中的连接体一端嵌入在所述阻断层内，两层中的连接体的另一端分别对应在所述阻断层的两侧端面与正面导通层和背面导通层连接。

本实用新型连接体一端嵌入在所述阻断层内的深度为80-140μm。

本实用新型进一步的有益效果是：连接体在阻断层的顶层和底部形成的连接层获得的漂移区得到理想的非平衡载流子分布，可以进一步提升快恢复二极管的性能。

本实用新型如上所述一种基于三维半导体晶圆的快恢复二极管结构，进一步，所述连接层为正面连接层和背面连接层，所述第一电极层为阳极电极层；正面导通层为导电型号为P型的低阻区；所述正面连接层为导电型号为P型的高浓度区，所述正面连接层的连接体一端嵌入N型阻断层内部，另一端在阻断层顶面与正面导通层连接；阻断层为导电型号为N型的高阻区；所述背面连接层为导电型号为N型的高浓度区，背面连接层的连接体一端嵌入N型阻断层内部，另一端在阻断层的底面与导通层连接；背面导通层是导电型号为N型的低阻区；所述第二电极层为阴极电极层。

本实用新型如上所述一种基于三维半导体晶圆的快恢复二极管结构，进一步，所述连接体为棱柱形、圆柱形、圆形或椭圆形结构。

本实用新型如上所述一种基于三维半导体晶圆的快恢复二极管结构，进一步，所述第一电极层、正面导通层、阻断层、背面导通层及第二电极层依次整体形成圆柱形结构。

本实用新型该结构可以降低二极管芯片的制造难度，提升良品率。

附图说明

图1是本实用新型实例提供的阳极/P+/N-/底面N+/N+型快恢复二极管结构拆分示意图

图2是本实用新型实例提供的阳极/P/P+/N-/底面N型快恢复二极管结构拆分示意图

图3是本实用新型实例提供的阳极/P/P+/N-/底面N+/N型快恢复二极管结构拆分示意图

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1、第一电极层，2、正面导通层，3、阻断层，4、连接层，5、背面导通层，6、第二电极层。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本实用新型，并非用于限定本实用新型的范围。

如图1至3所示，根据本实用新型实施例基于三维半导体晶圆的快恢复二极管结构，包括依次层布置的第一电极层、正面导通层、阻断层、背面导通层及第二电极层，阻断层内垂直于其两侧端面的方向嵌入有由多个阵列状分布的连接体形成连接层，连接层中的连接体一端嵌设在阻断层内，另一端在阻断层的一端面与正面导通层或背面导通层连接。

根据本实用新型实施例，具体地，如图1所示，第一电极层为阳极电极层，正面导通层2是导电型号为P型的高浓度区，阻断层为导电型号为N型的高阻区；连接层是导电型号为N型的高浓度区，连接层中的连接体一端嵌入阻断层内部，另一端在阻断层的底面与背面导通层相连接；背面导通层为导电型号为N型的低阻区；第二电极层为阴极电极层。

在一些具体实施例中，如图2所示，第一电极层为阳极电极层；正面导通层2为导电型号为P型的低阻区；连接层为导电型号为P型的高浓度区，连接层中的连接体一端嵌入阻断层内部，另一端在其顶面与正面导通层连接；阻断层4为导电型号为N型的高阻区；背面导通层5为导电型号为N型的低阻区；第二电极层为阴极电极层。

在另一些具体实施例中，连接层为两层，其中的连接体一端嵌入在阻断层内，两层中的连接体的另一端分别对应在阻断层的两侧端面与正面导通层和背面导通层连接。连接体一端嵌入在阻断层内的深度80-140μm。

具体地，连接层为正面连接层41和背面连接层42，第一电极层为阳极电极层；正面导通层2为导电型号为P型的低阻区；正面连接层为导电型号为P型的高浓度区，正面连接层41的连接体3一端嵌入N型阻断层4内部，另一端在阻断层4顶面与正面导通层2连接；阻断层4为导电型号为N型的高阻区；背面连接层42为导电型号为N型的高浓度区，背面连接层的连接体5一端嵌入N型阻断层4内部，另一端在阻断层的底面与导通层6连接；背面导通层6是导电型号为N型的低阻区；第二电极层为阴极电极层。

具体地，本实用新型实施例中连接体可以选择截面为棱柱形、圆柱形、圆形或椭圆形的柱体结构。

在一给具体实施例中，第一电极层、正面导通层、阻断层、背面导通层及第二电极层依次整体形成圆柱形结构。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims

1.一种基于三维半导体晶圆的快恢复二极管结构，其特征在于，包括依次层布置的第一电极层、正面导通层、阻断层、背面导通层及第二电极层，所述阻断层内垂直于其两侧端面的方向嵌入有由多个阵列状分布的连接体形成连接层，所述连接层中的连接体一端嵌设在所述阻断层内，另一端在所述阻断层的一端面与所述正面导通层或背面导通层连接。

2.根据权利要求1所述一种基于三维半导体晶圆的快恢复二极管结构，其特征在于，所述第一电极层为阳极电极层，所述正面导通层是导电型号为P型的高浓度区，所述阻断层为导电型号为N型的高阻区；所述连接层是导电型号为N型的高浓度区，所述连接层中的连接体一端嵌入阻断层内部，另一端在阻断层的底面与背面导通层相连接；背面导通层为导电型号为N型的低阻区；所述第二电极层为阴极电极层。

3.根据权利要求1所述一种基于三维半导体晶圆的快恢复二极管结构，其特征在于，第一电极层为阳极电极层；所述正面导通层为导电型号为P型的低阻区；连接层为导电型号为P型的高浓度区，所述连接层中的连接体一端嵌入阻断层内部，另一端在其顶面与正面导通层连接；阻断层为导电型号为N型的高阻区；背面导通层为导电型号为N型的低阻区；所述第二电极层为阴极电极层。

4.根据权利要求1所述一种基于三维半导体晶圆的快恢复二极管结构，其特征在于，所述连接层为两层，其中的连接体一端嵌入在所述阻断层内，两层中的连接体的另一端分别对应在所述阻断层的两侧端面与正面导通层和背面导通层连接。

5.根据权利要求4所述一种基于三维半导体晶圆的快恢复二极管结构，其特征在于，所述连接层为正面连接层和背面连接层，所述第一电极层为阳极电极层；正面导通层为导电型号为P型的低阻区；所述正面连接层为导电型号为P型的高浓度区，所述正面连接层的连接体一端嵌入N型阻断层内部，另一端在阻断层顶面与正面导通层连接；阻断层为导电型号为N型的高阻区；所述背面连接层为导电型号为N型的高浓度区，背面连接层的连接体一端嵌入N型阻断层内部，另一端在阻断层的底面与导通层连接；背面导通层是导电型号为N型的低阻区；所述第二电极层为阴极电极层。

6.根据权利要求1至5任一项所述一种基于三维半导体晶圆的快恢复二极管结构，其特征在于，所述连接体为棱柱形、圆柱形、圆形或椭圆形结构。

7.根据权利要求1至5任一项所述一种基于三维半导体晶圆的快恢复二极管结构，其特征在于，所述第一电极层、正面导通层、阻断层、背面导通层及第二电极层依次整体形成圆柱形结构。