制造软恢复快速功率二极管的方法及其制造的功率二极管技术

在制造具有软恢复特性（“软恢复”）快速功率二极管（２６）的方法上，在此方法上通过具有轴向分布图的一个第一未掩蔽的辐射（１４）和通过具有横向分布图的一个随后的第二掩蔽的辐射（１５）确定所属半导体衬底（１０）之内的载流子寿命，如此来达到改善的截止特性，第一未掩蔽辐射是通过其确定功率二极管开关特性的一种离子辐射（１４），并且第二掩蔽的辐射是通过其减少功率二极管激活面积的一种电子辐射（１５）。在用一种这样的半导体衬底（１０）配备的功率二极管上达到涉及功率二极管激活面积的热阻抗Ｒ＃－［ｔｈ］的减小。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及功率电子学的领域。它涉及制造具有软恢复特性(“软恢复”)快速功率二极管的一种方法以及一种功率二极管。
技术介绍
在快速，损耗优化和可靠性优化的二极管(即具有以微小的Si厚度和高的基本材料阻抗为特点的半导体衬底的二极管)的无布线地换向时，尤其是在低起始电流和高电压时出现反向电流的不连续的断开，所谓的“阶跃”。如多次说明的那样，可以借助不同的措施将这样的“阶跃”或这样的硬的开关特性向位于运行中所出现电压之上的更高的电压推移。通过元件中载流子寿命的轴向分布图实现这一点，例如通过重金属原子的扩散进去或离子辐射(He++或H+)生成此元件。因此在US-A-4,140,560中已建议了，通过将金原子扩散到快速二极管的半导体衬底中在衬底中生成具有显著浓度梯度的金浓度，这种浓度梯度导致软的恢复特性(“软恢复”)。正如它是在大面积的和按小动态损耗所调节的二极管上所需要的那样，附加地通过低的有效载流子寿命还促进“阶跃”。在纯离子辐射的二极管上，此外通过元件中的因此所生成的高截止电流限制了由于离子剂量的提高的所引起的断开损耗的降低。因而既非用离子和电子的联合辐射，又非离子剂量的提高达到目的。按一种另外的已知建议(DE-A1-41 35 258)，通过一种专门的局部处理(例如用质子或氦核的辐射和电子辐射)将快速功率二极管的半导体衬底划分成两个并列的分离的部分面积。以此方式形成的部分二极管互相的区别在于，其中一个部分二极管具有软的恢复特性，而另一个显示硬的“阶跃”特性。通过并连两个部分二极管产生二极管的所希望的总特性。此外已建议了(DE-A1-196 09 244)，如此构成两个上述的部分二极管，使得在其中已进行了辐射或附加辐射的区域是受分配地布置在半导体衬底的未受到辐射或受到用电子的基本辐射的面积中的。例如将条形掩模采用于生成所分配的区域。以此方式附加于载流子寿命的轴向分布图地生成载流子寿命的一种横向分布图。两种分布图的联合则导致二极管的所希望的开关特性。虽然在开关特性方面改善了按已知方法制造的具有“软恢复”特性的快速功率二极管，这些快速功率二极管却具有不受欢迎地高的截止电流或截止损耗。
技术实现思路
因此本专利技术的任务在于，说明制造具有“软恢复”特性的快速功率二极管的一种方法，这种“软恢复”特性导致具有低截止损耗的元件，以及说明按此方法制造的一种功率二极管。通过权利要求1和8特征的总和解决此任务。本专利技术的核心在于，在整面积的离子辐射之后通过元件的掩模在随后的电子辐射期间创造一种三维的寿命调节。因此原则上获得可理解为具有不同动态和静态特性的并连二极管的两个二极管部分范围。具有高辐射剂量(离子辐射＋电子辐射)的二极管部分拥有很高的导线电阻，和实际上不承载正向电流。相应地它在二极管的整个存储电荷上的份额是低的。另一个部分范围(没有电子辐射的部分)实际上承载整个正向电流，并且决定“恢复电荷”和恢复特性。基于以此大大减小的激活面积，产生在相对高的载流子寿命情况下的提高了的电流密度，这导致与此相应的软的断开特性。用电子的辐射比期望可比较的正向电压降的纯离子辐射导致截止电流的较小的提高，以致于截止损耗也保持低的。减少的激活面积也导致，存在着二极管的那些部分范围，这些部分范围由于附加的辐射不承载正向电流或只承载降低了的正向电流，并且因此在二极管脱开换向(Abkommutie-ren)时不产生或只产生微小的开关损耗。因此在其中生成断开损耗的范围整个地变得较小。但是仍然分布在整个衬底面积上地向外散出所产生的损耗热。在涉及二极管的激活面积方面因此达到热阻抗Rth的减小。按本专利技术方法的一个第一优先的构成的特点在于，对于第二掩蔽的辐射采用优先由钢或钼制的孔板作为掩模。用这种掩模可以达到两个部分二极管区域的最佳分布。当按本专利技术的一个第二优先的构成对于第二掩蔽的辐射采用优先由钢丝制的编织物作为掩模时，可以达到在横向方向上的一种其它的分布图。在例如2.5MeV电子的加速能量情况下，丝径为1mm时的这种编织物在节点上导致完全的屏蔽，并且在单一覆盖的范围中导致部分的屏蔽，这导致电子进入硅的有限的侵入深度，并且因此导致附加的缺陷分布图。在未覆盖的范围中进行用全部能量的辐射，这有生成轴向不变的缺陷分布的结果。由掩模未覆盖的面积范围优先在掩模总面积的20％和80％之间，尤其是约为50％。自从属权利要求中得出其它的实施形式。附图说明以下应借助结合图的实施例详述本专利技术。图1展示一种示范性的“工艺曲线”(a)，借助于“工艺曲线”(a)可以表征功率二极管，在此动态开关损耗(通常Eoff)是对静态功率损耗标上的；图2在局部图2A至2D中展示在按本专利技术两个优先实施例的制造方法上的不同步骤；图3展示具有按本专利技术3D寿命分布图的示范性二极管中的电流分布。曲线(b)是用纯质子辐射的部分二极管的正向特性曲线。曲线(c)是用附加电子辐射的二极管部分；图4展示来自图3二极管的恢复特性；曲线(e)是在用纯质子辐射的部分二极管的断开期间的电流。曲线(d)是用附加电子辐射的二极管部分。曲线(f)是总电流；和图5在简化的纵向截面图中展示具有激活和去激活面积的，整个面积热接点接触的，按本专利技术功率二极管的示范性构造。具体实施例方式借助所谓的“工艺曲线”可以表征功率二极管，即对静态的导线损耗(导通损耗)标上动态的开关损耗(通常Eoff或断开能量)。图1中示范性地表述了这样的工艺曲线。通过二极管半导体衬底的硅初始材料(直径，厚度和抗蚀性)的选择和寿命调节的方式给定了图表中工艺曲线的位置。因此人们获得不同寿命工艺和不同Si材料规格的不同工艺曲线。通过在给定工艺时的载流子寿命的绝对值决定在这些工艺曲线之一上的各个元件的位置。为了在给定的直径和给定的Si厚度与Si抗蚀性的情况下将工艺曲线上的元件从范围“A”推移入范围“B”中(请参阅图1)，必须进一步降低载流子寿命。通过(a)电子辐射剂量的提高，或(b)附加的重金属扩散，或(c)附加的离子辐射可以达到这一点。方法(a)导致具有在断开时趋硬的恢复特性的二极管，而方法(b)和(c)却导致高的泄漏电流和因此高的截止损耗，并且在极端情况下导致截止运行不稳定性。可以回避这种问题，采用的办法是附加地通过其它的掩蔽辐射来横向结构化二极管的寿命，二极管的定性的开关特性是已经通过横向均匀的寿命调节决定的。按本专利技术以本来已知的方式通过离子辐射进行第一调节，使得形成轴向的寿命分布图，并且二极管特性位于图1的范围“A”中。通过附加的横向结构化形成具有三维(3D)寿命分布图的和具有工艺曲线范围“B”中的电特性的二极管，而不显著地影响定性的恢复特性和截止损耗。此时可将二极管划分为两个部分二极管，在此可将双重辐射的部分(离子辐射+电子辐射)看作为电去激活的。通过在电子辐射期间的元件的掩蔽达到3D寿命调节。图2中对于两个替代方案表示了方法的原理性步骤。出发点是一种(面型的)半导体衬底10，在其中通过合适的掺杂方法已生成了不同导线种类和掺杂浓度的多个层11、12和13(图2A)。层11通常是p掺杂的，层12是n-掺杂的，和层13是n+掺杂的。在此半导体衬底10中现在在一个第一步骤中(图2B)通过未掩蔽的离子辐射14生成轴向(在电流方向)变化的，横向(横对电流方向)却均匀的本文档来自技高网...

【技术保护点】
制造具有软恢复特性（″软恢复″）的快速功率二极管（２６）的方法，在此方法上通过具有轴向分布图的一个第一未掩蔽的辐射（１４）和通过具有横向分布图的一个随后的第二掩蔽的辐射（１５）确定所属半导体衬底（１０）之内的载流子寿命，其特征在于，第一未掩蔽的辐射是通过其确定功率二极管（２６）开关特性的一种离子辐射（１４），并且第二掩蔽的辐射是通过其减少功率二极管（２６）激活面积的一种电子辐射（１５）。

【技术特征摘要】
EP 2000-7-10 00810603.11.制造具有软恢复特性(“软恢复”)的快速功率二极管(26)的方法，在此方法上通过具有轴向分布图的一个第一未掩蔽的辐射(14)和通过具有横向分布图的一个随后的第二掩蔽的辐射(15)确定所属半导体衬底(10)之内的载流子寿命，其特征在于，第一未掩蔽的辐射是通过其确定功率二极管(26)开关特性的一种离子辐射(14)，并且第二掩蔽的辐射是通过其减少功率二极管(26)激活面积的一种电子辐射(15)。2.按权利要求1的方法，其特征在于，采用质子或He离子用于离子辐射。3.按权利要求1和2之一的方法，其特征在于，对于第二掩蔽的辐射(15)采用尤其是由钢或钼制的孔板(16)作为掩模。4.按权利要求1和2之一的方法，其特征在于，对于第二掩蔽的辐射(15)采用尤其是由钢丝(19，20)制的编织物(18)作为掩模...

【专利技术属性】
技术研发人员：N加尔斯特，
申请(专利权)人：ABB瑞士有限公司，
类型：发明
国别省市：CH[瑞士]