[發(fā)明專利]集成門極換流晶閘管配套用快恢復(fù)二極管及其制造方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201510072875.7
• 申請(qǐng)日: 2015-02-11
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN104701386B
• 公開(kāi)（公告）日: 2018-05-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 高建寧;陳芳林;戴小平;蔣誼;郭潤(rùn)慶;張弦
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 株洲南車時(shí)代電氣股份有限公司
• 主分類號(hào): H01L29/861
• 分類號(hào): H01L29/861;H01L21/329;H01L21/265;H01L21/263;H01L21/225
• 代理公司: 北京聿宏知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11372
• 代理人: 朱繪;張文娟

本發(fā)明涉及一種集成門極換流晶閘管配套用快恢復(fù)二極管(FRD)及其制造方法。該方法采用鋁預(yù)沉積和硼離子注入的配合工藝方法，克服了一般快速整流管在P+型層縱橫向雜質(zhì)分布不均勻的缺點(diǎn)，極大地改善了FRD承受反向關(guān)斷di/dt的能力，能承受500A/μs以上的反向關(guān)斷di/dt；采用質(zhì)子輻照和電子輻照的配合工藝方法，使FRD的反向恢復(fù)時(shí)間trr在7μs以下時(shí)，反向恢復(fù)特性中的軟度因子S≥1.0。本發(fā)明方法工藝新穎，流程簡(jiǎn)單，使用獨(dú)特的工藝技術(shù)使之能承受較高的反向關(guān)斷di/dt，同時(shí)反向恢復(fù)時(shí)，軟特性良好，實(shí)際應(yīng)用證明與IGCT器件配套使用的可靠性高，使FRD產(chǎn)品的產(chǎn)量和成品率都得到了保證。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于半導(dǎo)體制造技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種集成門極換流晶閘管配套用快恢復(fù)二極管的制造方法。

背景技術(shù)

FRD(Fast Recovery Diode，快恢復(fù)二極管)的基本結(jié)構(gòu)與普通二極管不同，它一般是PIN型結(jié)構(gòu)，即在P型和N型硅材料中間增加了一個(gè)基區(qū)I層。由于基區(qū)薄，反向恢復(fù)電荷小，不僅大大減小了trr值(反向恢復(fù)時(shí)間)，降低了VFM(正向壓降)，也能承受較高的VRRM(反向電壓)。FRD還有其它一些結(jié)構(gòu)，如PINN+、P+PINN+，但一般都是在PIN結(jié)構(gòu)上的衍生。

目前國(guó)內(nèi)應(yīng)用較多的FRD有IGBT配套用FRD，它的額定電壓一般在3300V及以下，芯片外形呈方塊形，器件外形呈模塊型，其通流能力與IGBT(Insulated Gate BipolarTransistor，絕緣柵雙極型晶體管)匹配，但比一般通用IGCT(Integrated GateCommutated Thyristor，集成門極換流晶閘管)的通流能力小，而且IGCT器件外形呈陶瓷平板型，故實(shí)際無(wú)法配套應(yīng)用。

電阻焊機(jī)用超大電流整流FRD，額定電流很大，一般在7000-20000A之間，但額定電壓一般只要求幾百伏，完全不能與IGCT的額定電壓匹配。

塑封型FRD，包括肖特基二極管，一般額定電壓在幾百伏乃至1000V，不超過(guò)2500V，反向恢復(fù)時(shí)間一般為納秒級(jí)，也不能與IGCT配套應(yīng)用。

普通快速整流管，通常采用重金屬摻雜或電子輻照來(lái)減少少數(shù)載流子的壽命，反向恢復(fù)時(shí)間較短，但反向恢復(fù)時(shí)的軟度控制不夠。重金屬摻雜的軟度因子約0.4-0.7，不能滿足IGCT實(shí)際應(yīng)用的需要；電子輻照工藝可精確控制少子壽命，但使整流管反向恢復(fù)時(shí)表現(xiàn)為硬特性，也不能滿足IGCT實(shí)際應(yīng)用的需要。

市場(chǎng)上普通快恢復(fù)二極管以及IGBT配套用FRD雖然種類很多，但其額定電壓和額定電流都不能與IGCT匹配，不能實(shí)際配套應(yīng)用。普通快速整流管雖然額定電壓和額定電流可以與IGCT匹配，但它不能承受較高的反向關(guān)斷di/dt(電流變化率)，同時(shí)反向恢復(fù)特性中的S(軟度因子)太小，容易引起高的dv/dt(電壓變化率)及Vrr(反向尖峰電壓)，當(dāng)Vrr大于普通快速整流管的VRSM時(shí)，普通快速整流管就會(huì)電壓失效，普通快速整流管損壞時(shí)會(huì)連帶IGCT器件一起損壞，從而使裝置失效。

因此，目前存在的問(wèn)題是需要研究開(kāi)發(fā)一種其額定電壓和額定電流都能夠與IGCT匹配，且能承受較高的反向關(guān)斷di/dt，快速關(guān)斷即反向恢復(fù)時(shí)間trr小，并具有比較軟的反向恢復(fù)特性的與IGCT器件應(yīng)用配套的FRD。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種集成門極換流晶閘管配套用快恢復(fù)二極管的制造方法。該方法工藝新穎，流程簡(jiǎn)單，使用獨(dú)特的工藝技術(shù)使之能承受較高的反向關(guān)斷di/dt，同時(shí)反向恢復(fù)時(shí)，軟特性非常良好，實(shí)際應(yīng)用證明與IGCT器件配套使用的可靠性高。