[實用新型]一種快恢復二極管FRD芯片

有效

• 申請號: 201320168067.7
• 申請日: 2013-04-07
• 公開（公告）號: CN203179900U
• 公開（公告）日: 2013-09-04
• 發明（設計）人: 劉國友;覃榮震;黃建偉
• 申請（專利權）人: 株洲南車時代電氣股份有限公司
• 主分類號: H01L29/861
• 分類號: H01L29/861;H01L29/06
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 王寶筠

技術領域

本實用新型涉及一種半導體器件，尤其涉及一種快恢復二極管FRD芯片。

背景技術

眾所周知，IGBT大多數情況下使用在感性負載條件下，需要反并聯快恢復二極管（FRD）一起使用，FRD在IGBT開關狀態下提供續流通路，因此該FRD也稱續流二極管。

然而，基于P-i-N結構的FRD在關斷后的反向恢復過程中容易出現電流和電壓的振蕩現象，特別是在大的關斷電流變化率di/dt、大的電路寄生電感、低正向導通電流I_F及低結溫的極端情況下尤為明顯。試驗表明，采用厚的N-基區或者厚的N緩沖層結構及壽命控制技術，可以改善振蕩的情況。但是，FRD的綜合性能中的損耗（包括導通損耗與關斷損耗）、軟恢復特性及反向恢復安全工作區特性相互矛盾，需要優化折中。為了使FRD達到較好的綜合性能，最常用的方法是壽命控制技術及陽極/陰極注入效率的控制技術。但壽命控制特別是局部壽命控制技術會導致反向漏電流增大，因此對陽極/陰極注入效率的控制技術的研究日益廣泛。

目前，大體有三種結構通過陰極注入效率的控制來優化FRD的綜合性能。一種結構是采用緩沖層結構（SPT）的FRD，如圖1所示，在N+陰極區130’的上方設置了N型緩沖層150’，減小了N+陰極區130’的厚度，降低了N+陰極區130’的電子注入效率，由于N型緩沖層150’的加入，減小了芯片厚度，降低了正向導通壓降，但對反向軟回復特性方面改進甚小。

另外一種結構是基于場電荷抽取（Field?Charge?Extraction，FCE）的FRD，如圖2所示，該結構是在上述SPT結構的基礎上，在N+陰極區130’上設置多個P+島140’（將N+陰極區設置為N+P+相間的結構），通過控制P+島140’與N+陰極區130’的面積比例，控制了導通時N+陰極區130’的電子注入效率（通常控制在70%—80%之間）。在關斷時，P+島140’向N-基區120’注入空穴，維持電流的連續性，從而獲得軟恢復特性。但是，該結構損失了陰極面積，從而降低了陰極注入效率，增加了正向壓降，且在很小的恢復電流下，振蕩現象依然存在。

還有一種基于背部空穴受控注入（Controlled?Injection?of?Backside?Holes，CIBH）的FRD，如圖3所示。將P+島140’從N+陰極區130’移入到N-基區120’內，維持了陰極面積，可以通過N+陰極區130’的摻雜濃度來控制電子的注入效率，同時P+島140’在關斷時向N-基區120’注入空穴，維持電流的連續性，從而獲得軟恢復特性，此外，通過在靠近背部陰極處設置許多P+型摻雜島，避免了NN+結處因高電場而發生雪崩擊穿，可以提高FRD的動態穩健性（ruggedness），或者說提高了反向恢復安全工作區特性。但是該結構存在以下缺點，該FRD芯片終端區下方的N+陰極部分的電子注入使得關斷時存儲電荷的抽取時間較長，關斷損耗較大。

實用新型內容

有鑒于此，本實用新型提供了一種快恢復二極管FRD芯片，以解決上述關斷時存儲電荷的抽取時間較長，關斷損耗較大的技術問題。

為了解決上述技術問題，本實用新型采用了如下技術方案：

一種快恢復二極管FRD芯片，所述FRD芯片包括芯片終端保護區，所述芯片終端保護區包括位于所述芯片終端保護區底部的P型摻雜區，所述P型摻雜區與陰極電極接觸，且所述P型摻雜區的結深小于N+型陰極區的結深。

進一步地，所述P型摻雜區的摻雜濃度與所述N+型陰極區的摻雜濃度相等。

進一步地，所述FRD芯片還包括N型緩沖層，所述N型緩沖層位于所述N+型陰極區的上方且與所述N+型陰極區接觸。

進一步地，所述N型緩沖層延伸至所述芯片終端保護區。

進一步地，所述N型緩沖層垂直于所述芯片方向上的邊界與位于所述芯片終端保護區的終端保護結構垂直于所述芯片方向上的邊界對齊。

進一步地，所述FRD芯片還包括芯片有源區，所述芯片有源區包括若干個P型島，所述P型島位于FRD陰極端靠近N+型陰極區的位置。

進一步地，所述P型島的中心位于所述N型緩沖層的上邊界處。

進一步地，所述P型島完全位于所述N型緩沖層內部，且所述P型島的上邊界與所述N型緩沖層的上邊界之間的距離為2-5μm。

本實用新型具有以下有益效果：