一種多混合結(jié)構(gòu)的軟快恢復(fù)二極管的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型的主要目的為提供一種多混合結(jié)構(gòu)的軟快恢復(fù)二極管，在N?/N/N+型硅片上間隔地排列制造出高濃度的P+/N?結(jié)、肖特基結(jié)、低濃度的P?/N?結(jié)。在原MPS結(jié)構(gòu)上，增加了P?/N?結(jié)構(gòu)。設(shè)定的P?區(qū)濃度在5E12～5E13/cm2,P+區(qū)的濃度大于1E14/cm2;P+和P?區(qū)邊間距5～35um。減少了工步，降低了成本。
【專利說(shuō)明】
一種多混合結(jié)構(gòu)的軟快恢復(fù)二極管
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型屬于二極管及其制備的技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種高壓、軟、快恢復(fù)二極管。
【背景技術(shù)】
[0002]在電力電子、開(kāi)關(guān)電源電路以及各種電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路中，越來(lái)越高的工作頻率將大幅度降低其中的被動(dòng)元件(電感和電容)的體積及其上面的功率損耗，但對(duì)電路中使用的大功率開(kāi)關(guān)二極管提出了更短的反向恢復(fù)時(shí)間、更低的開(kāi)關(guān)損耗的要求。目前，這些電路中應(yīng)用最多的仍然是PIN結(jié)構(gòu)的快恢復(fù)和超快恢復(fù)二極管。但普通的PIN 二極管不具備反向軟恢復(fù)特性，反向恢復(fù)過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)大的反向峰值恢復(fù)電流和反向峰值電壓，使變換電路的損耗和電磁干擾(EMI)增大，同時(shí)對(duì)二極管以及主開(kāi)關(guān)器件的穩(wěn)定工作造成了威脅。選用具有軟恢復(fù)特性的高壓快恢復(fù)二極管能顯著降低這些不利影響，對(duì)于高反壓快恢復(fù)二極管若要獲得軟快特性，關(guān)鍵在于控制正向?qū)〞r(shí)存儲(chǔ)在PIN 二極管漂移區(qū)(N-區(qū))中的超量載流子的分布狀態(tài)，如果能獲得靠近P+N-結(jié)處分布的載流子濃度低，而靠近N+N-結(jié)處的濃度高的“倒梯形”分布，將會(huì)獲得更大的軟恢復(fù)因子、更軟的恢復(fù)特性。綜合了 PIN 二極管和肖特基二極管優(yōu)點(diǎn)的肖特基混合二極管(MPS) 二極管具有更快、更軟的反向恢復(fù)特性，如美國(guó)專利US7，071，525 B2所描述的特性。如圖1所示結(jié)構(gòu)，此結(jié)構(gòu)能夠提升軟恢復(fù)特性，但如果要達(dá)到更快恢復(fù)特性，必須增大P+結(jié)間距，會(huì)導(dǎo)致對(duì)肖特基結(jié)的屏蔽作用減弱，反向漏電流增大;P+結(jié)間距小，則注入到漂移區(qū)的載流子過(guò)多，降低了速度。同時(shí)，對(duì)于大功率高壓快恢復(fù)二極管反向雪崩浪涌能力的提升，芯片的終端保護(hù)至關(guān)重要，通常采用的分壓環(huán)結(jié)構(gòu)存在產(chǎn)生動(dòng)態(tài)電流絲而能力低缺點(diǎn)，變摻雜擴(kuò)展終端技術(shù)(VLD)被證明能有效提高抗雪崩擊穿能力，但制造過(guò)程需增加低濃度P型雜質(zhì)注入，增加了工步，針對(duì)上述問(wèn)題，本實(shí)用新型提供了一種多混合結(jié)構(gòu)軟快恢復(fù)二極管，采用肖特基混合高低濃度PN結(jié)結(jié)構(gòu)，并同步制造變摻雜平面終端(VLD)保護(hù)，提高了擊穿電壓和抗浪涌能力，降低了恢復(fù)時(shí)間，形成軟恢復(fù)特性，并可達(dá)到良好的低漏電效果。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本實(shí)用新型在N-/N/N+型硅片上間隔地排列制造出高濃度的P+/N結(jié)、肖特基結(jié)、低濃度的P-/N-結(jié)、肖特基結(jié)結(jié)構(gòu)，通過(guò)增加P-/N-結(jié)構(gòu)，降低空穴注入效率，減小了反向恢復(fù)時(shí)間，又避免肖特基結(jié)勢(shì)皇高度降低缺點(diǎn)，達(dá)到軟快恢復(fù)和低漏電的綜合;和P-/N-結(jié)同時(shí)形成VLD終端結(jié)構(gòu)保證了高電壓和高抗浪涌能力，又簡(jiǎn)化制造流程，降低成本。
[0004]對(duì)于MPS結(jié)構(gòu)的快恢復(fù)二極管，是將PIN二極管和肖特基二極管結(jié)合在一起，如圖1所示，間隔地排列P+結(jié)和肖特基結(jié)，肖特基結(jié)勢(shì)皇高度低，首先開(kāi)始導(dǎo)通，在低電流密度時(shí)，導(dǎo)通壓降小，恢復(fù)時(shí)間快;但在大電流密度時(shí)，導(dǎo)通壓降由于漂移區(qū)電阻大而導(dǎo)致導(dǎo)通壓降大，遠(yuǎn)高于PIN結(jié)構(gòu)二極管，失去優(yōu)勢(shì)，在反向時(shí)，隨著電壓增大，鏡像力原因使得反向漏電變大，功耗增加;加入P+結(jié)的PIN二極管，正向?qū)〞r(shí)，在低電流密度下，肖特基結(jié)首先導(dǎo)通，導(dǎo)通壓降低，在大電流密度時(shí)，P+結(jié)下的壓降高于PN結(jié)的勢(shì)皇，如0.7V時(shí)，PN結(jié)導(dǎo)通，P+結(jié)向漂移區(qū)注入空穴，漂移區(qū)電阻經(jīng)過(guò)空穴的調(diào)制而變小，使整體壓降變小。反向時(shí)，由于P+結(jié)擴(kuò)展，可以在肖特基結(jié)下面形成屏蔽，避免肖特基勢(shì)皇降低導(dǎo)致的漏電流增大。在反向恢復(fù)時(shí)，肖特基結(jié)提供了泄放通道，能夠快速抽走過(guò)剩載流子，形成軟快恢復(fù)特性。但P+結(jié)面積和肖特基結(jié)面積存在一個(gè)折衷關(guān)系，若肖特基結(jié)面積過(guò)大，反向時(shí)P+的屏蔽作用減弱，漏電流增大，正向壓降變大;若肖特基結(jié)面積過(guò)小，即P+結(jié)間距窄，正向時(shí)注入到漂移區(qū)的過(guò)剩載流子增多，反向恢復(fù)時(shí)間變大。
[0005]如圖2所示為本實(shí)用新型設(shè)計(jì)的新的結(jié)構(gòu)。在(P+/N-結(jié))+(肖特基結(jié))+ (P+/N-結(jié))結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，增加了P-/N-結(jié)，形成(P+/N-結(jié))+ (肖特基結(jié))+ (P-/N-結(jié))+ (肖特基結(jié))+ (P+/N-結(jié))結(jié)構(gòu)。正向?qū)〞r(shí)，在低電流密度下，肖特基結(jié)首先導(dǎo)通，然后P-/N-導(dǎo)通，由于P-結(jié)濃度低，注入到漂移區(qū)(N-區(qū))載流子少，恢復(fù)時(shí)間會(huì)快，導(dǎo)通壓降保持低水平。在大電流密度時(shí)，P+結(jié)下的壓降高于PN結(jié)的勢(shì)皇時(shí)，P+N-結(jié)導(dǎo)通，P+結(jié)向漂移區(qū)注入大量空穴，漂移區(qū)電阻經(jīng)過(guò)空穴的調(diào)制而變小，使整體壓降變小。反向時(shí)，由于P+結(jié)和P-結(jié)都擴(kuò)展，在肖特基結(jié)下面形成屏蔽，避免了肖特基勢(shì)皇降低導(dǎo)致的漏電流增大。在反向恢復(fù)時(shí)，肖特基結(jié)提供了泄放通道，能快速抽走過(guò)剩載流子，形成軟快恢復(fù)特性。
[0006]通?？旎謴?fù)二極管在使用時(shí)，并不用在標(biāo)稱大電流密度下，如10安培功率二極管，正常只使用在2安培，只在有浪涌沖擊時(shí)才應(yīng)用在大電流下。如能做到在正常使用時(shí)，只有肖特基結(jié)和P-結(jié)導(dǎo)通，而P+結(jié)未導(dǎo)通，速度可以更快。設(shè)計(jì)P+和P-的濃度以及P+到P-的間距至關(guān)重要。
[0007]芯片保護(hù)終端結(jié)構(gòu)可以采用場(chǎng)板、分壓環(huán)、JTE、VLD等結(jié)構(gòu)，如采用VLD結(jié)構(gòu)，終端摻雜在本實(shí)用新型中是和P-區(qū)同時(shí)進(jìn)行，如圖3所示，則減少了工步，降低了成本。
[0008]P-區(qū)的濃度要盡可能低，但不能低于lE12/cm2，結(jié)合VLD終端的要求，本實(shí)用新型設(shè)定的P-區(qū)濃度在5E12?5E13/cm2，P+區(qū)的濃度要盡可能濃，保證P+/N結(jié)晚導(dǎo)通，本實(shí)用新型設(shè)定為P+區(qū)濃度大于1E14 /0112;?+和?-區(qū)邊間距5?35111110
[0009]外延或擴(kuò)散的硅片可以采用多層結(jié)構(gòu)，如N+/N/N-層，對(duì)軟恢復(fù)特性有幫助。
[0010]本實(shí)用新型高壓軟快恢復(fù)二極管的制備方法，其步驟包括:N型外延片(或擴(kuò)散片)一生長(zhǎng)場(chǎng)氧Si02-光刻P-區(qū)一注入淡硼一推結(jié)一光刻P+區(qū)一注入濃硼一推結(jié)-光刻有源區(qū)一蒸發(fā)或派射勢(shì)皇金屬一娃化物形成一正面陽(yáng)極電極金屬一光刻金屬一腐蝕金屬一背面金屬，所述的P-區(qū)濃度在5E12?5E13/cm2，P+區(qū)濃度大于1E14 /cm2;P+和P-區(qū)邊間距5?35um0
[0011]有益效果
[0012](I)通過(guò)此方案制造的快恢復(fù)特性反向恢復(fù)時(shí)間降低了 15%以上，軟度也略有增加，漏電流保持一致，導(dǎo)通壓降略大，但在可接受范圍內(nèi)，(2)本實(shí)用新型采用的VLD終端保護(hù)結(jié)構(gòu)由于和P-區(qū)同時(shí)完成，減少了工步，降低了成本。
【附圖說(shuō)明】
[0013]圖1標(biāo)準(zhǔn)MPS結(jié)構(gòu)二極管的示意圖；圖2本實(shí)用新型多混合結(jié)構(gòu)軟快恢復(fù)二極管剖面示意圖；圖3本實(shí)用新型的多混合結(jié)構(gòu)的軟快恢復(fù)二極管表面示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0014]以下通過(guò)具體實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說(shuō)明，但實(shí)施例并不限制本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
實(shí)施例
[0015]在硅外延片(N-區(qū)厚度45um)上生長(zhǎng)氧化層lum，光刻P-區(qū)，注入Bll(lE13cm2)，推結(jié)(結(jié)深4um)，光刻P+區(qū)，注入BI I (2E15/cm2)，推結(jié)(6um)，光刻有源區(qū)，濺射金屬Pt，450 °C合金，去除Pt，蒸發(fā)金屬AL，光刻腐蝕金屬，背面減薄250um，蒸發(fā)TiNiAg金屬，P+區(qū)和P-區(qū)都采用四方形，邊間距為18um，VLD終端分三區(qū)，占空比分別為75%，50%，25%。
[0016]所得二極管反向截止(擊穿)電壓720V，Trr30ns，反向漏電流2uA，VFl.7V，軟度I.I。
[0017]當(dāng)然，本技術(shù)領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，以上的實(shí)施例僅是用來(lái)說(shuō)明本實(shí)用新型，而并非作為對(duì)本實(shí)用新型的限定，只要在本實(shí)用新型的實(shí)質(zhì)精神范圍內(nèi)，對(duì)以上所述實(shí)施例的變化、變形都將落在本實(shí)用新型權(quán)利要求書(shū)的范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種多混合結(jié)構(gòu)的軟快恢復(fù)二極管，其結(jié)構(gòu)包括:在N-/N/N+型硅片上間隔地排列制造出高濃度的P+/N-結(jié)、肖特基結(jié)、低濃度的P-/N-結(jié)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多混合結(jié)構(gòu)的軟快恢復(fù)二極管，其特征在于，在原MPS結(jié)構(gòu)上，增加了P-/N-結(jié)構(gòu)，設(shè)定的P-區(qū)濃度在5E12?5E13/cm2，P+區(qū)的濃度大于1E14 /?^^+和卩-區(qū)邊間距5?35um。
【文檔編號(hào)】H01L29/868GK205680688SQ201620485516
【公開(kāi)日】2016年11月9日
【申請(qǐng)日】2016年5月25日 公開(kāi)號(hào)201620485516.4, CN 201620485516, CN 205680688 U, CN 205680688U, CN-U-205680688, CN201620485516, CN201620485516.4, CN205680688 U, CN205680688U
【發(fā)明人】楊忠武
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