[发明专利]一种低反向恢复电荷平面快恢复二极管芯片

说明书

技术领域

本发明涉及半导体功率器件领域，尤其是指可应用于开关条件苛刻的功率因素校正（PFC）电路的快恢复二极管。

背景技术

功率半导体器件是进行电能(功率)处理的半导体产品，是弱电控制与强电运行间的桥梁。无论是水电、核电、火电还是风电，大部分均无法直接使用，75%以上的电能应用需由功率半导体器件进行包括变频、变压、变流、功率放大和功率管理等功率变换以后，才能供设备使用。

正是由于功率半导体器件的研究和发展，才使得电力电子技术朝大容量、高频化、高效节能、高可靠性和低成本的方向发展。由于高频转换技术的发展和高效节能的需要，要求快恢复二极管具有高压阻断能力强、开关速度快等优点。

欧盟和美国2013年开始推进CoC V5和DoE VI六级能效标准，美国将于2016年开始对外置电源强制执行VI级能效要求，目前出口到美国的适配器必须符合六级能效标准。以开关电源功率因素校正(PFC)为例，为了进一步降低能耗，电路设计者希望采用更高的转换频率。在开关电源功率大于250W时，连续导电模式(CCM )是首选方案，但此方案必须解决二极管反向恢复问题。

在功率因数校正（PFC）电路中，600V升压二极管是关键元件，特别是工作在连续模式和苛刻开关条件下的PFC更是这样。在每一个开关周期，二极管的恢复电流流经MOS晶体管，这导致开关中高的“开关通导”功率损耗。对于这种应用，需要反向恢复速度最快的600V二极管。但是反向恢复速度最快的600V二极管其反向恢复时间和反向恢复电荷也稍高，且成本也高。

在专利“一种低反向恢复电荷快恢复二极管芯片”（专利号CN201510951716.4）中提出了采用P型漂移区制造超快恢复二极管芯片的方法，该方法的核心是采用P型漂移区结构，使正向偏置时注入到P型漂移区内的少数载流子为电子，利用电子迁移率更高的特点，实现反向偏置转换时，漂移区的电子迅速迁移回N型区，实现恢复速度的提升和反向恢复电荷Qrr值的降低。该专利提出采用P+/P-/N+ 结构的台面玻璃钝化二极管结构和N+/P-/P+ 结构的NP结的平面芯片结构。

上述方法的缺点：为了实现非常快的恢复速度，需要提高二极管掺杂铂金或黄金的浓度，随着掺杂浓度的提高，采用台面玻璃钝化工艺时对漏电流的控制则变的非常困难。上述方法在制造600V特快恢复二极管时，二极管P-漂移区宽度至少需要40um，反向恢复时间Trr和反向恢复电荷Qrr值主要受P-漂移区宽度影响，在采用掺杂铂金工艺浓度受限的情况下，进一步降低反向恢复时间Trr和反向恢复电荷Qrr值变的困难。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种低反向恢复电荷平面快恢复二极管芯片，其和目前现有的600V反向快恢复二极管相比较，反向恢复时间和反向恢复电荷显著降低。

为解决上述技术问题，本发明提供的一种技术方案为一种低反向恢复电荷平面快恢复二极管芯片，其特征在于在N+型硅单晶衬底上生长有P-型外延层，在所述P-型外延层上表面内设置有P+型主结有源区；在所述N+型硅单晶衬底、所述P-型外延层和所述P+型主结有源区形成的硅片上形成有少子复合中心；在所述P+型主结有源区的外侧的芯片边缘设置有N+型截至环；所述N+型截至环穿透所述P-型外延层并部分深入N+型硅单晶衬底层内，在部分P+型主结有源区上表面、部分N+型截至环上表面、及P+型主结有源区与N+型截至环之间的所述P-型外延层上表面上设置有氧化硅层；在部分所述N+型截至环区上和位于所述N+型截至环一侧的部分所述二氧化硅层上设置有连接金属层、在所述P+型主结有源区上表面和位于所述P+主结有源区两侧的部分所述二氧化硅层上面设置正面欧姆接触金属层；在所述部分N+截至环上、所述连接金属层上、所述正面欧姆接触层上面外侧部分及连接金属与正面欧姆接触金属之间的二氧化硅层上设置有钝化保护层；在所述N+型硅单晶衬底层背面设置有背面欧姆接触金属。