二极管以及制造二极管的方法技术

单芯片功率二极管包括第一负载端子、第二负载端子和第一负载端子与第二负载端子之间的半导体本体，半导体本体包括阳极区、阴极区和阳极区与阴极区之间的漂移区；有源区，配置成基于阳极区、漂移区和阴极区在负载端子之间传导负载电流，其中半导体本体的厚度由第一负载端子与阳极区之间形成的至少一个第一界面区域与第二负载端子与阴极区之间形成的第二界面区域之间的距离限定；边缘终止区，围绕有源区且由芯片边缘终止。在有源区中包括至少一个无源子区，每个无源子区：具有阻断区域，其具有漂移区厚度的至少20%的最小横向延伸；配置成防止第一负载端子和半导体本体之间的负载电流跨过所述阻断区域；且至少部分地不与边缘终止区邻近布置。终止区邻近布置。终止区邻近布置。

【技术实现步骤摘要】
二极管以及制造二极管的方法


[0001]本说明书涉及单芯片功率二极管的实施例和处理单芯片功率二极管的方法的实施例。特别地，本说明书涉及用于快速开关应用的二极管的实施例。

技术介绍

[0002]现代设备在汽车、消费者和工业应用中的许多功能（例如转换电能和驱动电动机或电机）依赖于功率半导体开关。例如，仅举几个例子，绝缘栅双极晶体管（IGBT）、金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）和二极管已经用于各种应用，包括但不限于电源和功率转换器中的开关。
[0003]功率半导体器件通常包括半导体本体，该半导体本体被配置成沿着器件的两个负载端子之间的负载电流路径传导正向负载电流。
[0004]此外，在可控功率半导体器件（例如晶体管或可控二极管）的情况下，负载电流路径可以借助于通常被称为栅电极的绝缘电极来控制。例如，在从例如驱动器单元接收到对应的控制信号时，控制电极可以将功率半导体器件设置在正向导通状态和阻断状态之一中。
[0005]典型的功率半导体器件是功率二极管，其原理配置对于本领域技术人员是已知的。
[0006]功率二极管的典型设计目标包括高电流承载能力、低反向恢复损耗和所谓的二极管软度。此时，必须满足热约束。
[0007]有时，通过使用载流子寿命限制技术（如功率二极管的漂移区带中的铂掺杂）和/或经由例如氩或氦在阳极和/或阴极发射极中的损伤注入的载流子浓度降低，来实现用于快速开关应用的功率二极管的开关损耗降低。根据另一种方法，二极管的阴极被结构化。然而，可以观察到这些方法的一些缺点。
[0008]例如，损伤注入物承受增加的漏电流的风险。通过使用铂掺杂，二极管正向电压的温度系数变得更负，这限制了将二极管并联连接到另一功率半导体器件的可能性。此外，铂掺杂的复合效率在升高的温度下会降低，从而导致增加的存储电荷和开关损耗。并且，通过使用结构化的阴极，可能会降低背面处的载流子浓度，这可能会导致更差的二极管软度性能。

技术实现思路

[0009]根据一个实施例，一种单芯片功率二极管，包括：第一负载端子、第二负载端子、以及在第一负载端子与第二负载端子之间的半导体本体，半导体本体包括耦合到第一负载端子的阳极区、耦合到第二负载端子的阴极区、以及在阳极区与阴极区之间的漂移区；有源区，其被配置成基于阳极区、漂移区和阴极区在负载端子之间传导负载电流，其中，半导体本体的厚度由在第一负载端子与阳极区之间形成的至少一个第一界面区域与在第二负载端子与阴极区之间形成的第二界面区域之间的距离来限定；边缘终止区，其围绕有源区并
由芯片边缘终止。在有源区中包括至少一个无源子区，每个无源子区：具有阻断区域，该阻断区域具有漂移区厚度的至少20%的最小横向延伸；被配置成防止第一负载端子和半导体本体之间的负载电流跨过所述阻断区域；并且至少部分地不与边缘终止区邻近布置。
[0010]根据另一实施例，一种功率半导体壳体，包括一个或多个根据前一段的单芯片功率二极管。
[0011]根据另一实施例，一种制造单芯片功率二极管的方法，包括形成以下组件：第一负载端子、第二负载端子、以及在第一负载端子与第二负载端子之间的半导体本体，半导体本体包括耦合到第一负载端子的阳极区、耦合到第二负载端子的阴极区、以及在阳极区与阴极区之间的漂移区；有源区，其被配置成基于阳极区、漂移区和阴极区在负载端子之间传导负载电流，其中，半导体本体的厚度由在第一负载端子与阳极区之间形成的至少一个第一界面区域与在第二负载端子与阴极区之间形成的第二界面区域之间的距离来限定；边缘终止区，其围绕有源区并由芯片边缘终止。该方法还包括在有源区中包括至少一个无源子区，每个无源子区：具有阻断区域，该阻断区域具有漂移区厚度的至少20%的最小横向延伸；被配置成防止第一负载端子和半导体本体之间的负载电流跨过所述阻断区域；并且至少部分地不与边缘终止区邻近布置。
[0012]所提出的实施例包括以下认识：在具有弱阳极的二极管处，阳极侧的存储电荷密度近似随着电流密度的平方根而增加。通常，针对伴随低峰值反向恢复电流（其将产生与其并联连接的IGBT的低导通损耗）的阳极处的低电荷密度而期望弱阳极。在阴极侧，载流子密度随着电流密度近似线性地增加。为了切换期间的软度，期望在阴极侧具有更高浓度的载流子密度，这在更高的电流密度下可以更容易地实现。因此，为了二极管的更好的动态性能，更高的电流密度是优选的，因为其易于软恢复并且示出更低的开关损耗。
[0013]根据本文所述的实施例，使二极管芯片区域的仅一部分电有效；例如，局部电流密度可以比常规二极管更高。二极管芯片区域的其余部分被用作热导体/电容器，其确保了有利的热性能。这样，对于相同的载流能力，与常规二极管相比，有源区域可以被设计得更小。
[0014]本领域技术人员在阅读以下详细描述并查看附图后将认识到附加特征和优点。
附图说明
[0015]附图中的部件不一定是按比例的，相反，重点在于说明本专利技术的原理。此外，在附图中，相同的附图标记表示对应的部件。在附图中：图1示意性且示例性地示出二极管的竖直截面的部分；图2示意性且示例性地示出二极管的水平投影的部分；图3
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4都示意性且示例性地示出根据一些实施例的二极管的水平投影的部分；图5
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11每一个示意性且示例性地示出根据一些实施例的二极管的竖直截面的部分；图12
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13都示意性且示例性地示出根据一些实施例的二极管的水平投影的部分；图14
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15都示意性且示例性地示出根据一些实施例的功率半导体壳体的竖直截面的部分；以及图16示意性且示例性地示出根据一个或多个实施例的包含在功率半导体壳体中的二极管的竖直截面的部分和水平投影的部分。
具体实施方式
[0016]在以下详细描述中，参考了附图，附图形成了详细描述的一部分，并且在附图中通过图示的方式示出了可以实施本专利技术的具体实施例。
[0017]在这方面，诸如“顶部”、“底部”、“下方”、“前方”、“后方”、“前”、“后”、“上方”等之类的方向术语可以参考所描述的附图的取向来使用。由于实施例的部件可以以许多不同的取向来定位，所以方向术语被用于说明性目的而不是限制。应当理解，在不脱离本专利技术范围的情况下，可以利用其他实施例，并且可以进行结构或逻辑上的改变。因此，以下详细描述不应被理解为限制性的，并且本专利技术的范围由所附权利要求来限定。
[0018]现在将详细参考各种实施例，在附图中示出了实施例的一个或多个示例。每个示例都是作为解释而提供的，并不意味着限制本专利技术。例如，作为一个实施例的部分示出或描述的特征可用于其他实施例或与其他实施例结合使用，以产生又一实施例。本专利技术旨在包括这样的修改和变化。使用特定语言描述了这些示例，这些语言不应被解释为限制所附权利要求的范围。附图没有按比例绘制，并且仅用于说明性目的。为了清楚起见，如果没有另外说明，则在不同附图中相同的要素或制造步骤由相同的附图标记来表示。
[0019]本说明书中使用的术语“水平”旨本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种单芯片功率二极管（1），包括：
‑ꢀ
第一负载端子（11）、第二负载端子（12）、以及在所述第一负载端子（11）与所述第二负载端子（12）之间的半导体本体（10），所述半导体本体包括耦合到所述第一负载端子（11）的阳极区（102）、耦合到所述第二负载端子（12）的阴极区（103）、以及在所述阳极区（102）与所述阴极区（103）之间的漂移区（100）；
‑ꢀ
有源区（1
‑
1），其被配置成基于所述阳极区（102）、所述漂移区（100）和所述阴极区（103）在负载端子（11、12）之间传导负载电流，其中，所述半导体本体（10）的厚度由在所述第一负载端子（11）与所述阳极区（102）之间形成的至少一个第一界面区域（102
‑
11）与在所述第二负载端子（12）与所述阴极区（103）之间形成的第二界面区域（103
‑
12）之间的距离（d）来限定；
‑ꢀ
边缘终止区（1
‑
3），其围绕所述有源区（1
‑
1）并且由芯片边缘（1
‑
4）终止；其中，在所述有源区（1
‑
1）中包括至少一个无源子区（1
‑
11），每个无源子区（1
‑
11）：o 具有阻断区域（102
‑
131），所述阻断区域具有漂移区厚度（dd）的至少20%的最小横向延伸（MLE）；o 被配置成防止所述第一负载端子（11）和所述半导体本体（10）之间的负载电流跨过所述阻断区域（102
‑
131）；并且o 至少部分地不与边缘终止区（1
‑
3）邻近布置。2.根据权利要求1所述的单芯片功率二极管（1），其中，所述至少一个第一界面区域（102
‑
11）中的每一个允许负载电流的跨越，并且其中，所述至少一个第一界面区域（102
‑
11）中的每一个的总和相当于所述有源区（1
‑
1）的横向区域的总计的至少10%并且相当于所述有源区（1
‑
1）的横向区域的总计的不超过90%。3.根据权利要求1或2所述的单芯片功率二极管（1），其中，至少一个阻断区域（102
‑
131）中的每一个的总和相当于所述有源区（1
‑
1）的横向区域的总计的至少10%，并且相当于所述有源区（1
‑
1）的横向区域的总计的不超过90%。4.根据权利要求2或3所述的单芯片功率二极管（1），其中，所述有源区（1
‑
1）的横向区域由包围所述有源区（1
‑
1）中的至少一个第一界面区域（102
‑
11）的最外面部分的包络（1
‑
2）来限定。5.根据前述权利要求中任一项所述的单芯片功率二极管（1），其中，所述至少一个无源子区（1
‑
11）包括绝缘层（131），其中，所述绝缘层（131）形成所述至少一个无源子区（1
‑
11）的阻断区域（102
‑
131）。6.根据权利要求5所述的单芯片功率二极管（1），其中，所述第一负载端子（11）与所述至少一个无源子区（1
‑
11）的所述绝缘层（131）横向重叠。7.根据前述权利要求中任一项所述的单芯片功率二极管（1），其中，所述阳极区（102）被横向地结构化在所述有源区（1
‑
1）中。8.根据前述权利要求中任一项所述的单芯片功率二极管（1），其中，所述阴极区（103）被横向地结构化在所述有源区（1
‑
1）中。9.根据权利要求7或8所述的单芯片功率二极管（1），其中，所述阴极区（103）根据所述阳极区（102）的横向结构而被横向地结构化。10.根据前述权利要求7
‑
9中任一项所述的单芯片功率二极管（1），其中，所述阳极区
（102）关于所述有源区（1
‑
1）中的所述至少一个无源子区（1
‑
10）被横向地结构化。11.根据前述权利要求中任一项所述的单芯片功率二极管（1），其中，
‑ꢀ
与所述阳极区（102）与所述至少一个无源子区（1
‑
11）的所述阻断区域（102
‑
131）横向重叠的情况相比，所述阳极区（102）在所述阳极区（102）与所述至少一个第一界面区域（102
‑
11）横向重叠的情况下呈现更高的掺杂剂浓度；或者其中，
‑ꢀ
所述阳极区（102）不设置在与所述至少一个无源子区（1
‑
11）的所述阻断区域（102
‑
131）横向重叠的区中。12.根据前述权利要求中任一项所述的单芯片功率二极管（1...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾光，M，
申请(专利权)人：英飞凌科技奥地利有限公司，
类型：发明
国别省市：