一種限流控制二極管結(jié)構(gòu)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種限流控制二極管結(jié)構(gòu)，屬于半導(dǎo)體器件技術(shù)領(lǐng)域。
技術(shù)背景
[0002]半導(dǎo)體大功率二極管器件的安全可靠性是電子裝備領(lǐng)域最關(guān)注的問題。目前解決這個(gè)問題的方法主要采用擴(kuò)大器件自身的電流和功率容量，或采取各種保護(hù)措施。這些方法既不經(jīng)濟(jì)，又會(huì)帶來新的不可靠因素(各種保護(hù)措施自身的可靠性就需要得到保障)，保護(hù)措施的漏洞也是不可避免的。因此，現(xiàn)有的半導(dǎo)體大功率二極管器件的制作方式或結(jié)構(gòu)還是不夠理想，不能滿足使用的需要。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0003]本實(shí)用新型的實(shí)用新型目的在于:提供一種限流控制二極管結(jié)構(gòu)，以提高電子器件的自我保護(hù)能力，使電子設(shè)備的安全得到可靠保障，從而克服現(xiàn)有技術(shù)的不足。
[0004]本實(shí)用新型的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的:
[0005]本實(shí)用新型的一種限流控制二極管結(jié)構(gòu)為，該限流控制二極管結(jié)構(gòu)包括N-外延層，N-外延層四周設(shè)有P+擴(kuò)散墻，N-外延層內(nèi)設(shè)有一組相互平行的條狀P+隱埋層，所有條狀P+隱埋層均與P+擴(kuò)散墻相通；N-外延層底面和頂面均設(shè)有η+擴(kuò)散層，N-外延層底面的η+擴(kuò)散層與P+硅襯層連接，P+硅襯層底面設(shè)有陽極層；Ν-外延層頂面的η+擴(kuò)散層經(jīng)厚二氧化硅層與P+擴(kuò)散墻頂面連接，P+擴(kuò)散墻、厚二氧化硅層和N-外延層頂面的η+擴(kuò)散層上覆蓋有陰極層。
[0006]由于采用了上述技術(shù)方案，本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本實(shí)用新型采用自我限流控制保護(hù)的理念，使得二極管器件超過電流閥值時(shí)，具有電子器件的自我保護(hù)能力，能夠快速限定電流，避免損壞二極管。經(jīng)試驗(yàn)證明，在本實(shí)用新型的器件超過電流閥值時(shí)，異質(zhì)半導(dǎo)體內(nèi)空間電荷區(qū)的變化(稱作耗盡層)，阻礙、限制電流增長，其空間電荷區(qū)的變化速度是10_12秒(PS)數(shù)量級，快于目前所有的保護(hù)措施，可快速限定電流，從而有效地避免電子器件損壞。因此，本實(shí)用新型能使電子設(shè)備的安全得到可靠保障。
【附圖說明】
[0007]圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0008]圖2是圖1的橫截面示意圖；
[0009]圖3是各半導(dǎo)體材料層的摻雜類型示意圖；
[0010]圖4是耗盡層開啟時(shí)的示意圖；
[0011]圖5是耗盡層關(guān)斷時(shí)的不意圖；
[0012]圖6是本實(shí)用新型的等效電路圖；
[0013]圖7是本實(shí)用新型等效原理圖。
[0014]附圖中的標(biāo)記為:1-陰極層，2-厚二氧化硅層，3-Ρ+擴(kuò)散墻，4-Ρ+隱埋層，5_Ν_外延層，6-P+娃襯層，7-陽極層，8-n+擴(kuò)散層，9-耗盡層。
【具體實(shí)施方式】
[0015]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本實(shí)用新型作進(jìn)一步的詳細(xì)說明，但不作為對本實(shí)用新型的任何限制。
[0016]本實(shí)用新型是根據(jù)下述的一種限流控制二極管的制作方法所構(gòu)建的，如圖1所示，該方法是在P+硅襯層之上的N-外延層采用離子注入工藝或埋層擴(kuò)散工藝形成一組相互平行的條狀P+雜質(zhì)，然后在P+雜質(zhì)之上再進(jìn)行外延覆蓋，將條狀P+雜質(zhì)掩埋在N-外延層內(nèi)，形成P+隱埋層；另外在N-外延層四周同樣采用離子注入工藝或埋層擴(kuò)散工藝形成一道P+擴(kuò)散墻，P+擴(kuò)散墻與所有P+隱埋層兩端連通；通過多個(gè)P+隱埋層在外延層內(nèi)形成的多個(gè)并聯(lián)的N溝道的開啟和關(guān)斷實(shí)現(xiàn)對二極管的限流控制。P+硅襯層與N-外延層之間通過擴(kuò)散形成η+擴(kuò)散層作為高反向電壓二極管的PN結(jié)，使二極管與限流控制合為一體，構(gòu)成限流控制二極管。P+硅襯層底面的金屬層作為限流控制二極管的陽極；Ρ+擴(kuò)散墻頂面經(jīng)厚二氧化硅層與N-外延層頂面的η+擴(kuò)散層連接，覆蓋在P+擴(kuò)散墻、厚二氧化硅層和η+擴(kuò)散層上的金屬層作為限流控制二極管的陰極。
[0017]根據(jù)上述方法構(gòu)成的本實(shí)用新型的一種限流控制二極管結(jié)構(gòu)，如圖1和圖2所示，該限流控制二極管結(jié)構(gòu)包括N-外延層5，Ν-外延層5四周設(shè)有P+擴(kuò)散墻3，N-外延層5內(nèi)設(shè)有一組相互平行的條狀P+隱埋層4，所有條狀P+隱埋層4均與P+擴(kuò)散墻3相通；Ν-外延層5底面和頂面均設(shè)有η+擴(kuò)散層8，N-外延層5底面的η+擴(kuò)散層8與P+娃襯層6連接，
P+硅襯層6底面設(shè)有陽極層7;Ν-外延層5頂面的η+擴(kuò)散層8經(jīng)厚二氧化硅層2與P+擴(kuò)散墻3頂面連接，P+擴(kuò)散墻3、厚二氧化硅層2和N-外延層5頂面的η+擴(kuò)散層8上覆蓋有陰極層I。
[0018]下面對本實(shí)用新型的工作原理再進(jìn)一步詳細(xì)說明:
[0019]本實(shí)用新型的等效電路如圖6所示，本實(shí)用新型中P+硅襯層6與N-外延層5之間的η+擴(kuò)散層相當(dāng)于一個(gè)二極管D;N-外延層5內(nèi)的多個(gè)P+隱埋層4相當(dāng)于多個(gè)并聯(lián)的場效應(yīng)管，陰極層相當(dāng)于場效應(yīng)管的漏極，N-外延層5相當(dāng)于場效應(yīng)管的源極，P+隱埋層相當(dāng)于場效應(yīng)管的柵極(相當(dāng)于控制極)。由于所有的P+隱埋層兩端均與P+擴(kuò)散墻3相通，因此構(gòu)成共柵極的多N溝道場效應(yīng)管并聯(lián)電路，圖中的電阻Rs相當(dāng)于場效應(yīng)管的源極寄生電阻，Rd相當(dāng)于場效應(yīng)管的漏極寄生電阻。
[0020]本實(shí)用新型的電流控制原理如圖4和5所示，圖中相鄰P+隱埋層4之間的空間電荷區(qū)稱為耗盡層9，當(dāng)P+隱埋層4與異質(zhì)N-外延層5之間的電位差發(fā)生變化時(shí)，耗盡層9的溝道寬度也隨之發(fā)生變化，電流正常時(shí)，電位差在限流控制閥值以內(nèi)，耗盡層9的溝道處于開啟狀態(tài)，二極管正常工作；電流超出時(shí)，電位差超出限流控制閥值，造成耗盡層9的溝道寬度變小，阻礙，限制電流增長，直至完全關(guān)斷。PN結(jié)耗盡層的變化速度是10 _12秒(ps)數(shù)量級，快于目前所有的保護(hù)措施。當(dāng)電路中的電流正常后，器件恢復(fù)正常工作狀態(tài)，可以認(rèn)為，這是一種帶有自恢復(fù)保險(xiǎn)功能的電子器件。
[0021]由于本實(shí)用新型中的P+隱埋層是與陰極層連接的，其自偏置電壓-Ves處于最低電位，由于自偏置作用，本實(shí)用新型器件的最大電流是固定的(即最大恒定電流)。當(dāng)器件受到電流浪涌沖擊(比如負(fù)載短路)時(shí)，寄生電阻上的電壓升高，P+隱埋層(柵極)和源極負(fù)偏壓升高，空間電荷區(qū)(耗盡層)擴(kuò)展造成電流溝道深度夾斷，使電流受到限定控制。當(dāng)電路中的電流回到器件的最大固定電流值以內(nèi)，空間電荷區(qū)(耗盡層)恢復(fù)常態(tài)，器件正常工作，相當(dāng)于快速自恢復(fù)保險(xiǎn)功能。
實(shí)施例
[0022]具體實(shí)施時(shí)，采用如圖1?3所示，通過改變P+隱埋層4結(jié)構(gòu)可以獲得不同的效果?？芍瞥刹煌蘖骺刂莆锢硖匦缘南盗挟a(chǎn)品。P+隱埋層4可采用離子流入或埋層擴(kuò)散工藝實(shí)現(xiàn)。
[0023]具體做法是:在P+雜質(zhì)的娃襯底上擴(kuò)散一層η+層，在η+層上進(jìn)行N-外延，在N-外延層上擴(kuò)散P+雜質(zhì)，再進(jìn)行第二次外延，構(gòu)成P+隱埋層。在外延層四周擴(kuò)散P+雜質(zhì)的擴(kuò)散墻，P+隱埋層與P+擴(kuò)散墻連通。整個(gè)形成一個(gè)如圖6所述的底層PN結(jié)與多N溝道并聯(lián)自身可調(diào)節(jié)的JFET場效應(yīng)管結(jié)構(gòu)，場效應(yīng)管類似一個(gè)共柵極(Ρ+隱埋層)的多N溝道JFET并聯(lián)。由于P+擴(kuò)散墻3和陰極層I直接連接和N-外延層5頂部的寄生電阻R s的存在，P+隱埋層4和P+擴(kuò)散墻3處于最低電位，相當(dāng)于一個(gè)自偏置電壓-V GSo圖5中Rd是漏極寄生電阻，Rs是源極寄生電阻，P+隱埋層?xùn)烹娢蛔畹?。由于自身?fù)偏置電壓作用，這個(gè)器件的最大電流是固定的(即最大恒定電流)。當(dāng)器件受到電流浪涌沖擊(比如負(fù)載短路)時(shí)，圖6中源極寄生電阻Rs±的電壓升高，P+隱埋層?xùn)藕驮礃O負(fù)偏壓升高，此時(shí)如圖5所示，位于兩個(gè)P+隱埋層4之間耗盡層9的空間電荷區(qū)擴(kuò)展造成電流溝道深度夾斷，使電流無法通過。當(dāng)電路中的電流回到器件的最大固定電流值以內(nèi)，耗盡層9的空間電荷區(qū)如圖4所示恢復(fù)常態(tài)，器件正常工作。P+隱埋層4之間耗盡層相當(dāng)于快速自恢復(fù)保險(xiǎn)。形成了如圖6所示的帶二極管特性的快速自恢復(fù)保險(xiǎn)。圖7二極管D (PN結(jié))的正向最大電流通過限流元件X (JFET)限定，一旦通過二極管的電流超過限流元件X的限定值，本實(shí)用新型的二極管就會(huì)立即限定電流保護(hù)，相當(dāng)于二極管具有自適應(yīng)負(fù)載電流的能力。本例限流控制二極管的技術(shù)參數(shù)可以通過埋層?xùn)诺亩嗌伲酒叽?、埋層?xùn)沤Y(jié)構(gòu)的不同、各半導(dǎo)體材料層的雜質(zhì)濃度等因素確定。
[0024]以下是對本實(shí)用新型的一些補(bǔ)充說明:
[0025]1、本實(shí)用新型中如果用N+硅襯底，則是一個(gè)具有最大電流限定的快速自恢復(fù)保護(hù)器件。
[0026]、本實(shí)用新型中P+擴(kuò)散墻可以采取和陰極不連接，單獨(dú)成為控制極引出，在電路中設(shè)定控制閥值。
[0027]、本實(shí)用新型也可以采用P溝道結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)，P區(qū)和N區(qū)互換，陰極和陽極互換，即電流-電壓極性相反。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種限流控制二極管結(jié)構(gòu)，其特征在于:包括N-外延層(5)，N-外延層(5)四周設(shè)有P+擴(kuò)散墻(3)，N-外延層(5)內(nèi)設(shè)有一組相互平行的條狀P+隱埋層(4)，所有條狀P+隱埋層(4)均與P+擴(kuò)散墻(3)相通；N-外延層(5)底面和頂面均設(shè)有η+擴(kuò)散層(8)，N-外延層(5)底面的η+擴(kuò)散層(8)與P+娃襯層(6)連接，P+娃襯層(6)底面設(shè)有陽極層(7)；N-外延層(5)頂面的η+擴(kuò)散層(8)經(jīng)厚二氧化硅層(2)與P+擴(kuò)散墻(3)頂面連接，P+擴(kuò)散墻(3 )、厚二氧化硅層(2 )和N-外延層(5 )頂面的η+擴(kuò)散層(8 )上覆蓋有陰極層(I)。
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種限流控制二極管結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)包括N-外延層，N-外延層四周設(shè)有P+擴(kuò)散墻，N-外延層內(nèi)設(shè)有一組相互平行的條狀P+隱埋層，所有條狀P+隱埋層均與P+擴(kuò)散墻相通；N-外延層底面和頂面均設(shè)有n+擴(kuò)散層，N-外延層底面的n+擴(kuò)散層與P+硅襯層連接，P+硅襯層底面設(shè)有陽極層；N-外延層頂面的n+擴(kuò)散層經(jīng)厚二氧化硅層與P+擴(kuò)散墻頂面連接，P+擴(kuò)散墻、厚二氧化硅層和N-外延層頂面的n+擴(kuò)散層上覆蓋有陰極層。本實(shí)用新型采用自我限流控制保護(hù)的理念，設(shè)置限流控制閥值，使得二極管器件超過電流閥值時(shí)，具有電子器件的自我保護(hù)能力，由于PN結(jié)耗盡層變化速度極快能夠快速限定電流，避免損壞二極管。使電子設(shè)備的安全得到可靠保障。
【IPC分類】H01L29/861
【公開號(hào)】CN204696124
【申請?zhí)枴緾N201520423050
【發(fā)明人】劉橋
【申請人】貴州煜立電子科技有限公司
【公開日】2015年10月7日
【申請日】2015年6月18日