[發明專利]一種二極管及其制造方法

有效

• 申請號: 201110354384.3
• 申請日: 2011-11-10
• 公開（公告）號: CN103107203A
• 公開（公告）日: 2013-05-15
• 發明（設計）人: 肖秀光;黃定園;吳海平
• 申請（專利權）人: 比亞迪股份有限公司
• 主分類號: H01L29/861
• 分類號: H01L29/861;H01L29/32;H01L21/322;H01L21/329
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技術領域

本發明涉及半導體領域，尤其是一種二極管。

背景技術

功率快恢復二極管(FRD)是一種開關特性好，反向恢復時間短的半導體器件。主要應用于開關電源、脈寬調制器、變頻器等電子電路，廣泛作為高頻整流、續流、阻尼二極管。快恢復二極管的基本結構如圖1所示，具有101?P型區，與105金屬電極連接，102為低摻雜濃度的N-漂移區，漂移區位于P型區101之下，N-漂移區包括第一區域107和第二區域108，N區103位于N-區102之下，其為摻雜濃度比102稍高的外延層，N+104位于N區103之下，其為高濃度的N+襯底，N+襯底104與106金屬電極相連，金屬層106作為二極管的陰極。

功率快恢復二極管工作原理如下：二極管正向導通時，陽極加正電壓，由P區101及N-區102組成的PN結導通,P區101向N-體區102注入空穴，N+襯底104向N-漂移區注入電子；當二極管關斷時，陰極加正壓，由P區101與N-漂移區組成的PN結在反偏電壓作用下耗盡層主要向N-漂移區擴展，位于漂移區102和P型區101組成的PN結附近的載流子被反向迅速抽取，那么該處的載流子濃度決定了二極管反向恢復時的峰值電流，載流子濃度高低決定了二極管反向恢復時電流I_xxm下降的速率，從而決定了二極管關斷時的軟度S；二極管的軟度S=t_b/t_a,t_a為二極管反向恢復電流從零上升至峰值電流所需的時間，t_b為二極管反向恢復電流從峰值電流下降至I_rrm的十分之一所需的時間,S越小表示二極管關斷越硬，產生的di/dt也會越大，導致反向恢復電壓過沖也越大，在實際應用中會產生嚴重影響：一是二極管自身可能被擊穿，二是對應用電路產生干擾，出現誤動作等等；在實際應用中，如在散熱條件一定的情況下，二極管的總功耗決定了芯片溫升，二極管的總功耗包括正向導通損耗和反向恢復損耗，其中正向導通損耗由二極管的通態壓降決定，反向恢復損耗由二極管的反向恢復特性決定；在低頻應用時，二極管的通態損耗所占比例較大，因此在器件設計時，器件參數的折衷傾向于降低二極管的導通壓降；在高頻應用時，二極管的反向恢復損耗所占比例較大，因此在器件設計時，器件參數的折衷傾向于優化二極管的反向恢復特性，為了能夠讓二極管良好的應用于高頻領域，需要從設計上降低反向恢復損耗，那么就要減小其關斷時的反向恢復時間t_rr、反向恢復電荷Q_rr、反向恢復峰值電流I_rrm，從而減小反向恢復損耗，提高其工作頻率。為此，我們常通過進行載流子壽命控制滿足以上要求；為降低二極管反向恢復時的峰值電流I_rrm和關斷時間t_rr，需對芯片進行載流子壽命控制，因電子輻照具有工藝方便，輻照能量準確可控等優點，至今仍被廣泛使用。電子輻照是一種整體壽命控制技術，電子在高能量下很容易穿透晶圓，所以它在晶圓中感生的缺陷也是均勻分布的，因此它會導致整體載流子壽命降低，這將會使二極管導通時的載流子濃度分布也整體降低，值得注意的是N-漂移區102中第一區域107和N外延層103的載流子濃度的降低并不是所希望的，該區域濃度的降低會使二極管關斷時反向恢復電流特性變硬；如圖2所示，X1曲線為二極管電子輻照前的反向恢復電流曲線，反向恢復峰值電流Irrm大，反向恢復時間trr長；X2為二極管電子輻照后的反向恢復電流曲線，反向恢復峰值電流Irrm降低，恢復時間變短，但軟度變差。

發明內容

針對現有技術中功率二極管軟度差等問題。

本發明提出了一種二極管，包括：從下至上順次連接的第一金屬層、第一導電類型第一半導體層、第一導電類型第二半導體層、第一導電類型第三半導體層、第二導電類型第四半導體層和第二金屬層；

???所述第三半導體層包括第一區域和第二區域，所述第一區域位于第二半導體層和第二區域之間，所述第二區域與第四半導體層連接；

所述第一區域晶格缺陷密度小于第二區域晶格缺陷密度。

進一步地，所述第一半導體層厚度為2um-20um。

進一步地，進一步地，所述第一導電類型為N型，第二導電類型為P型。

本發明還提供二極管的一種制造方法，包括以下步驟：提供第一導電類型第一半導體層；

于第一半導體層上形成第一導電類型第二半導體層；

于第二半導體層上形成第一導電類型第三半導體層；

于第三半導體層上形成第二導電類型第四半導體層；