一种高压快软恢复二极管制造技术

本发明专利技术名称为一种高压快软恢复二极管。属于高压半导体二极管设计和制造技术领域。它主要是解决现有高压二极管不能满足高压4000V以上高压半导体器件反向续流要求的问题。它的主要特征是：所述半导体晶片由阳极P

A High Voltage Fast Soft Recovery Diode

【技术实现步骤摘要】
一种高压快软恢复二极管
本专利技术涉及高压半导体二极管设计和制造
，特别涉及一种高压快软恢复二极管，主要应用于IGBT、IGCT、IEGT等器件的反向续流。
技术介绍
传统的半导体二极管，采用P+PNN+结构，其P+和N+分别分布于阳极和阴极面，如图1和图2所示，根据电压需求不同，调节P区和N区厚度及杂质浓度分布；改善快恢复特性时，常用减薄N区厚度形成PIN型结构二极管，降低载流子基区渡越时间，通过电子辐照或重金属扩散，降低基区少子寿命，此方式虽降低了反向恢复时间，但因恢复特性较‘硬’（即软度因子S较小），易在电路中产生较高反向电压而损坏器件；对于高压（≥3000V）快恢复二极管，降低反向恢复时间的效果有限，继续降低基区少子寿命时造成通态压降恶化。采用快速软恢复二极管SIOD管芯结构，如图3所示，其阳极由P区表面扩散高浓度杂质P+区420构成，其阴极区由多个条状的高浓度N+块，两相邻N+区之前形成窄条状的肖特基区构成，此种结构，肖特基区（N层与金属接触区）给空穴提供了抽取通道，在高电压下，大量载流子集聚于NN+高低结处，N+层对空穴形成阻挡，虽然肖特基区提供了抽取通道，但因空穴仍需穿过较宽的低掺杂浓度N层，抽取时间仍显偏长，仍然不能达到最佳的反向恢复时间。采用自调节发射效率的SPEED二极管管芯结构，如图4所示，其阳极区由低浓度P型杂质及多个均匀分布的高浓度P型杂质P+区构成，基区由低浓度N型杂质构成，阴极区由高浓度杂质阴极N+区450构成，阳极侧低浓度的P区提高了二极管反向恢复时电子的通过速度，改善二极管软度因子，但在高压情况下，因基区和P区仍较厚，其改善效果有限，二极管的反向恢复时间仍不够理想。随着半导体器件电压的不断提高和芯片直径的不断加大，特别是高压4000V以上IGBT、IGCT、IEGT续流时急需采用新的半导体高压快软恢复二极器件结构和新的半导体二极管工艺技术来满足新的需求。
技术实现思路
本专利技术为克服已有技术的不足，提出了一种具有更佳高压反向快速软恢复二极管结构，利用这种结构制造的二极管及最优的参数配合，即提高了反向阻断电压，具有较短的反向恢复时间，也大大改善二极管软度因子。能满足高压4000V以上高压半导体器件的反向续流要求。本专利技术的技术解决方案可以是：一种高压快软恢复二极管，包括管壳下封接件、下钼圆片、注胶环、半导体晶片、上钼圆片和管壳上封接件，其特征是：所述半导体晶片由阳极P+块、阳极P区、长基区N、阴极N+环、阴极P+块和阴极N+块组成；其中，所述阳极P+块间隔分布在阳极P区表面，阳极P+块及阳极P+块之间的阳极P区构成阳极区；基区为低浓度杂质N区，阴极区在N区表面；所述阴极N+块在长基区N表面间隔分布，阴极P+块位于阴极N+块之间，阴极P+块与阴极N+块之间由长基区N隔离。本专利技术的技术解决方案还可以是：一种高压快软恢复二极管，包括管壳下封接件、下钼圆片、注胶环、半导体晶片、上钼圆片和管壳上封接件，其特征是：所述半导体晶片由阳极P+区、阳极P区、长基区N、阴极N+环、阴极P+块和阴极N+块组成；其中，所述阳极P+区均匀分布在阳极P区表面，阳极P区及阳极P+区构成阳极区；基区为低浓度杂质N区，阴极区在N区表面；所述阴极N+块在长基区N表面间隔分布，阴极P+块位于阴极N+块之间，阴极P+块与阴极N+块之间由长基区N隔离。本专利技术技术解决方案中所述的阴极N+块占阴极区总面积50∽90%，阴极N+块为圆柱或方柱形，所述的阴极P+块占阴极区总面积10∽30%，阴极N+块处于阴极P+块包围中，阴极P+块的结深小于阴极N+块的结深。本专利技术技术解决方案中所述的阴极P+块为直条或框条，宽度为20∽80μm。本专利技术技术解决方案中所述的阳极P+块占阳极区总面积40∽88%，阳极P+块间距为50∽200μm，阳极P+块为圆柱或方柱形。本专利技术技术解决方案中所述的半导体晶片为N型<100>晶向高阻单晶硅片或N型<111>晶向高阻单晶硅片；半导体晶片晶片内部微观纵向结构由P+PNN+P+结构构成，其中P区采用高浓度Al扩散形成的P区，阳极P+采用高浓度硼扩散形成，阴极P+块采用阳极P+反扩散形成。本专利技术技术解决方案中所述的半导体晶片阳极P+块表面浓度为5×1019∽3×1021/cm3，结深为15∽31μm；阳极P区表面杂质浓度为0.1∽9.8×1016/cm3，结深为60∽125μm；阴极N+环和阴极N+块表面杂质浓度为0.5∽8×1021/cm3，结深为18∽35μm；阴极P+块表面杂质浓度为0.4∽8.5×1020/cm3，结深为4∽16μm。本专利技术技术解决方案中所述的半导体晶片阳极P+区表面浓度为5×1019∽3×1021/cm3，结深为15∽31μm；阳极P区表面杂质浓度为0.1∽9.8×1016/cm3，结深为60∽125μm；阴极N+环和阴极N+块表面杂质浓度为0.5∽8×1021/cm3，结深为18∽35μm；阴极P+块表面杂质浓度为0.4∽8.5×1020/cm3，结深为4∽16μm。本专利技术具有以下效果：1、阴极两相邻N+区之间增加窄条状的高浓度阴极P+块区，阴极N+和P+块间由低浓度杂质N隔离，大幅减小二极管反向恢复时间；2、晶片边缘N+环，可减薄N厚度实现高阻断电压，减少基区载流子数量，也可减小二极管的反向恢复时间；3、阳极两相邻P+块之间形成窄条状低浓度P区组成，可减小二极管反向恢复时间，优化P+块占比，在不致影响通态压降下，可大幅改善恢复软度因子；4、本专利技术的半导体晶片直径可为Φ38∽Φ125，其产品阻断电压可达到3000∽8500V，其反向恢复时间1.0∽10μS，软度因子提高至0.7以上；反向恢复电流约为常规快恢复二极管的50%。本专利技术提高了二极管的反向阻断电压，即具有较短的反向恢复时间，也大大改善二极管软度因子，具有高电压、快速软恢复、低反向恢复电流的二极管特性，可用于IGBT、IGCT、IEGT等器件的反向续流等装置。附图说明图1为传统焊接快速二极管晶片结构示意图。图2为传统压接快速二极管晶片结构示意图。图3为晶片阳极P+、阴极局部N+结构示意图。图4为晶片阳极局部P+、阴极N+结构示意图。图5为本专利技术一种高压快软恢复二极管示意图。图6为本专利技术实施例半导体晶片阳极P+结构示意图。图7为本专利技术实施例半导体晶片边缘及硅胶环的结构示意图。图8为本专利技术实施例半导体晶片边缘及带凹槽硅胶环的结构示意图。图9为本专利技术实施例半导体晶片阴极P+、N+排列结构示意图。图10为本专利技术装配后的产品示意图。图中，A-阳极，K-阴极，1-管壳下封接件，2-下钼圆片，3-注胶环，4-半导体晶片，5-上钼圆片，6-管壳上封接件，7-定位柱，30-注胶环，41-阳极区金属层，42-阳极P+块，43-阳极P区，44-长基区N，45-阴极N+环，46-阴极P+块，47-阴极N+块，48-阴极金属层，49-凹槽，420-阳极P+区、450-阴极N+区。具体实施方式下面结合图5至图10，对本专利技术实施例进行完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术的一部分而不是全部的实施例。任何基于本专利技术的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本专利技术保护的范本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高压快软恢复二极管，包括管壳下封接件（1）、下钼圆片（2）、注胶环（3）、半导体晶片（4）、上钼圆片（5）和管壳上封接件（6），其特征是：所述半导体晶片（4）由阳极P

【技术特征摘要】
1.一种高压快软恢复二极管，包括管壳下封接件（1）、下钼圆片（2）、注胶环（3）、半导体晶片（4）、上钼圆片（5）和管壳上封接件（6），其特征是：所述半导体晶片（4）由阳极P+块（42）、阳极P区（43）、长基区N（44）、阴极N+环（45）、阴极P+块（46）和阴极N+块（47）组成；其中，所述阳极P+块（42）间隔分布在阳极P区（43）表面，阳极P+块（42）及阳极P+块（42）之间的阳极P区（43）构成阳极区；所述阴极N+块（47）在长基区N（44）表面间隔分布，阴极P+块（46）位于阴极N+块（47）之间，阴极P+块（46）与阴极N+块（47）之间由长基区N（44）隔离。2.一种高压快软恢复二极管，包括管壳下封接件（1）、下钼圆片（2）、注胶环（3）、半导体晶片（4）、上钼圆片（5）和管壳上封接件（6），其特征是：所述半导体晶片（4）由阳极P+区（420）、阳极P区（43）、长基区N（44）、阴极N+环（45）、阴极P+块（46）和阴极N+块（47）组成；其中，所述阳极P+区（420）均匀分布在阳极P区（43）表面，阳极P区（43）及阳极P+区（420）构成阳极区；所述阴极N+块（47）在长基区N（44）表面间隔分布，阴极P+块（46）位于阴极N+块（47）之间，阴极P+块（46）与阴极N+块（47）之间由长基区N（44）隔离。3.根据权利要求1或2所述的一种高压快软恢复二极管，其特征在于：所述的阴极N+块（47）占阴极区总面积50∽90%，阴极N+块（47）为圆柱或方柱形，所述的阴极P+块（46）占阴极区总面积10∽30%，阴极N+块（47）处于阴极P+块（46）包围中。4.根据权利要求3所述的一种高压快软恢复二极管，其特征在于：所述的阴极P+块...

【专利技术属性】
技术研发人员：张桥，颜家圣，周霖，黄智，刘鹏，肖彦，刘磊，吕晨襄，
申请(专利权)人：湖北台基半导体股份有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北,42