本發(fā)明專利技術(shù)涉及半導(dǎo)體器件，特別涉及一種二極管包括：從下至上順次連接的第一金屬層、第一導(dǎo)電類型第一半導(dǎo)體層、第一導(dǎo)電類型第二半導(dǎo)體層、第一導(dǎo)電類型第三半導(dǎo)體層、第二導(dǎo)電類型第四半導(dǎo)體層和第二金屬層；第三半導(dǎo)體層包括第一區(qū)域和第二區(qū)域；第一區(qū)域位于第二半導(dǎo)體層和第二區(qū)域之間；第二區(qū)域與位于其上的第四半導(dǎo)體層連接；第一區(qū)域晶格缺陷密度小于第二區(qū)域晶格缺陷密度；該二極管在保證二極管的反向恢復(fù)功耗不變的情況下改善了二極管的軟度。
【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及半導(dǎo)體領(lǐng)域，尤其是一種二極管。
技術(shù)介紹
功率快恢復(fù)二極管(FRD)是一種開關(guān)特性好，反向恢復(fù)時(shí)間短的半導(dǎo)體器件。主要應(yīng)用于開關(guān)電源、脈寬調(diào)制器、變頻器等電子電路，廣泛作為高頻整流、續(xù)流、阻尼二極管。快恢復(fù)二極管的基本結(jié)構(gòu)如圖1所示，具有101 P型區(qū)，與105金屬電極連接，102為低摻雜濃度的N-漂移區(qū)，漂移區(qū)位于P型區(qū)101之下，N-漂移區(qū)包括第一區(qū)域107和第二區(qū)域108，N區(qū)103位于N-區(qū)102之下，其為摻雜濃度比102稍高的外延層，N+104位于N區(qū)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(fù)二極管工作原理如下:二極管正向?qū)〞r(shí)，陽極加正電壓，由P區(qū)101及N-區(qū)102組成的PN結(jié)導(dǎo)通，P區(qū)101向N-體區(qū)102注入空穴，N+襯底104向N-漂移區(qū)注入電子；當(dāng)二極管關(guān)斷時(shí)，陰極加正壓，由P區(qū)101與N-漂移區(qū)組成的PN結(jié)在反偏電壓作用下耗盡層主要向N-漂移區(qū)擴(kuò)展，位于漂移區(qū)102和P型區(qū)101組成的PN結(jié)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(fù)時(shí)的峰值電流，載流子濃度高低決定了二極管反向恢復(fù)時(shí)電流Ixxm下降的速率，從而決定了二極管關(guān)斷時(shí)的軟度S ;二極管的軟度S=tb/ta，ta為二極管反向恢復(fù)電流從零上升至峰值電流所需的時(shí)間，tb為二極管反向恢復(fù)電流從峰值電流下降至Imw十分之一所需的時(shí)間，S越小表示二極管關(guān)斷越硬，產(chǎn)生的di/dt也會(huì)越大，導(dǎo)致反向恢復(fù)電壓過沖也越大，在實(shí)際應(yīng)用中會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重影響:一是二極管自身可能被擊穿，二是對(duì)應(yīng)用電路產(chǎn)生干擾，出現(xiàn)誤動(dòng)作等等；在實(shí)際應(yīng)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?qū)〒p耗和反向恢復(fù)損耗，其中正向?qū)〒p耗由二極管的通態(tài)壓降決定，反向恢復(fù)損耗由二極管的反向恢復(fù)特性決定；在低頻應(yīng)用時(shí)，二極管的通態(tài)損耗所占比例較大，因此在器件設(shè)計(jì)時(shí)，器件參數(shù)的折衷傾向于降低二極管的導(dǎo)通壓降；在高頻應(yīng)用時(shí)，二極管的反向恢復(fù)損耗所占比例較大，因此在器件設(shè)計(jì)時(shí)，器件參數(shù)的折衷傾向于優(yōu)化二極管的反向恢復(fù)特性，為了能夠讓二極管良好的應(yīng)用于高頻領(lǐng)域，需要從設(shè)計(jì)上降低反向恢復(fù)損耗，那么就要減小其關(guān)斷時(shí)的反向恢復(fù)時(shí)間U、反向恢復(fù)電荷Qra、反向恢復(fù)峰值電流1t，從而減小反向恢復(fù)損耗，提高其工作頻率。為此，我們常通過進(jìn)行載流子壽命控制滿足以上要求；為降低二極管反向恢復(fù)時(shí)的峰值電流Imi和關(guān)斷時(shí)間，需對(duì)芯片進(jìn)行載流子壽命控制，因電子輻照具有工藝方便，輻照能量準(zhǔn)確可控等優(yōu)點(diǎn)，至今仍被廣泛使用。電子輻照是一種整體壽命控制技術(shù)，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(huì)導(dǎo)致整體載流子壽命降低，這將會(huì)使二極管導(dǎo)通時(shí)的載流子濃度分布也整體降低，值得注意的是N-漂移區(qū)102中第一區(qū)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(qū)域濃度的降低會(huì)使二極管關(guān)斷時(shí)反向恢復(fù)電流特性變硬；如圖2所示，Xl曲線為二極管電子輻照前的反向恢復(fù)電流曲線，反向恢復(fù)峰值電流Irrm大，反向恢復(fù)時(shí)間trr長(zhǎng)；X2為二極管電子輻照后的反向恢復(fù)電流曲線，反向恢復(fù)峰值電流Irrm降低，恢復(fù)時(shí)間變短，但軟度變差。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中功率二極管軟度差等問題。本專利技術(shù)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(dǎo)電類型第一半導(dǎo)體層、第一導(dǎo)電類型第二半導(dǎo)體層、第一導(dǎo)電類型第三半導(dǎo)體層、第二導(dǎo)電類型第四半導(dǎo)體層和第二金屬層；所述第三半導(dǎo)體層包括第一區(qū)域和第二區(qū)域，所述第一區(qū)域位于第二半導(dǎo)體層和第二區(qū)域之間，所述第二區(qū)域與第四半導(dǎo)體層連接； 所述第一區(qū)域晶格缺陷密度小于第二區(qū)域晶格缺陷密度。進(jìn)一步地，所述第一半導(dǎo)體層厚度為2um_20um。進(jìn)一步地，進(jìn)一步地，所述第一導(dǎo)電類型為N型，第二導(dǎo)電類型為P型。本專利技術(shù)還提供二極管的一種制造方法，包括以下步驟:提供第一導(dǎo)電類型第一半導(dǎo)體層； 于第一半導(dǎo)體層上形成第一導(dǎo)電類型第二半導(dǎo)體層； 于第二半導(dǎo)體層上形成第一導(dǎo)電類型第三半導(dǎo)體層； 于第三半導(dǎo)體層上形成第二導(dǎo)電類型第四半導(dǎo)體層； 于第四半導(dǎo)體層上形成第二金屬層，第一半導(dǎo)體層背面形成第一金屬層； 對(duì)第一半導(dǎo)體層、第二半導(dǎo)體層、第三半導(dǎo)體層和第四半導(dǎo)體層進(jìn)行電子輻照，然后對(duì)第二半導(dǎo)體層和第三半導(dǎo)體層第一區(qū)域進(jìn)行激光處理。進(jìn)一步地,所述電子福照劑量為80kgy/h_500kgy/h。進(jìn)一步地，所述激光處理駐留時(shí)間為100ms-800ms。 進(jìn)一步地，所述第一導(dǎo)電類型為N型，第二導(dǎo)電類型為P型。有益效果:本專利技術(shù)二極管第三半導(dǎo)體層第一區(qū)域晶格缺陷密度小于第二區(qū)域晶格缺陷密度使得二極管在保持反向恢復(fù)電流和反向恢復(fù)時(shí)間不變的情況下，同時(shí)使二極管軟度得以改善；本專利技術(shù)還提出二極管的一種制造方法，該方法對(duì)二極管第二半導(dǎo)體層和第三半導(dǎo)體層第一區(qū)域進(jìn)行激光照射，使第二半導(dǎo)體層晶格缺陷得以恢復(fù)，以及第三半導(dǎo)體層第一區(qū)域晶格缺陷密度小于第三半導(dǎo)體層第二區(qū)域晶格缺陷密度。附圖說明圖1現(xiàn)有技術(shù)二極管結(jié)構(gòu)示意圖。`圖2電子輻照前和輻照后二極管的反向恢復(fù)電流分布圖。圖3本專利技術(shù)實(shí)施例二極管結(jié)構(gòu)示意圖。圖4-圖9形成本專利技術(shù)實(shí)施例二極管的結(jié)構(gòu)示意圖。圖10 二極管在電阻輻照前、輻照后以及輻照后經(jīng)激光退火后的載流子濃度分布圖。圖11 二極管在電阻輻照前、輻照后以及輻照后經(jīng)激光退火后的反向恢復(fù)電流分布圖。具體實(shí)施方式以下結(jié)合附圖對(duì)本專利技術(shù)的具體實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解的是，此處所描述的具體實(shí)施方式僅用于說明和解釋本專利技術(shù)，并不用于限制本專利技術(shù)。圖3為本專利技術(shù)二極管的結(jié)構(gòu)示意圖，從圖中可以看出該二極管包括:N+第一半導(dǎo)體層104，也叫襯底，襯底之下為第一金屬層106，第一金屬層106為二極管負(fù)極的引出電極，位于N+第一半導(dǎo)體層之上的N型第二半導(dǎo)體層103，第二半導(dǎo)體層也叫外延層，外延層的厚度根據(jù)器件所需要的耐壓而定，位于外延層之上的為第三半導(dǎo)體層，也叫N-漂移區(qū)，第三半導(dǎo)體層102包括第一區(qū)域107和第二區(qū)域108，第一區(qū)域107晶格缺陷密度小于第二區(qū)域108晶格缺陷密度，第一區(qū)域107的橫向?qū)挾鹊扔诘谌雽?dǎo)體層的橫向?qū)挾龋谝粎^(qū)域位于第二半年導(dǎo)體層和第二區(qū)域之間，第二區(qū)域108和位于其上的P型第四半導(dǎo)體層101連接；位于P型第四半導(dǎo)體層之上的為第二金屬層105，第二金屬層105作為二極管陽極的引出電極。下面闡述本專利技術(shù)實(shí)施例二極管的制造方法，包括下面幾個(gè)步驟: 提供N+型第一半導(dǎo)體層104，厚度優(yōu)選為2um-20um，這個(gè)厚度有利于在后面對(duì)外延層和第三半導(dǎo)體層第一區(qū)域進(jìn)行激光退火，如圖4所示； 于N+第一半導(dǎo)體層104上外延形成N型第二半導(dǎo)體層103，第二半導(dǎo)體層103的厚度根據(jù)器件所需的耐壓決定，如圖5所示； 于第二半導(dǎo)體層上形成N-型第三半導(dǎo)體層102，通常又叫漂移區(qū)，是二極管電子流通的區(qū)域，如圖6所示； 于第三半導(dǎo)體層102上形成P型第四半導(dǎo)體層101，第四半導(dǎo)體層與第三半導(dǎo)體層構(gòu)成PN結(jié)，如圖7所示； 于第四半導(dǎo)體層101上形成第二金屬層105，第二金屬層作為二極管的正極，在第一半導(dǎo)體層104背面形成第一金屬層106,第一金屬層為二極管的本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種二極管,其特征在于，包括：從下至上順次連接的第一金屬層、第一導(dǎo)電類型第一半導(dǎo)體層、第一導(dǎo)電類型第二半導(dǎo)體層、第一導(dǎo)電類型第三半導(dǎo)體層、第二導(dǎo)電類型第四半導(dǎo)體層和第二金屬層；所述第三半導(dǎo)體層包括第一區(qū)域和第二區(qū)域，所述第一區(qū)域位于第二半導(dǎo)體層和第二區(qū)域之間，所述第二區(qū)域與第四半導(dǎo)體層連接；所述第一區(qū)的域晶格缺陷密度小于第二區(qū)域的晶格缺陷密度。
【技術(shù)特征摘要】
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：肖秀光，黃定園，吳海平，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：比亞迪股份有限公司，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：廣東;44
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