一種具有高的抗浪涌電流能力的二極管的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型屬于半導體器件技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種具有高的抗浪涌電流能力的二極管。
【背景技術(shù)】
[0002]在電子系統(tǒng)中，二極管是最常用的基礎電子元器件之一。當給二極管加一正向電壓時，器件開啟導通，器件中有電流流過，并產(chǎn)生小的正向壓降；當給二極管加一反向電壓時，二極管截止，器件中只有小到可以忽略的漏電流通過。該現(xiàn)象即為二極管的單向?qū)щ娞匦?。因此二極管可作為整流器使用。
[0003]在如今機動車中，汽車發(fā)電機所用的整流橋由多個二極管并聯(lián)形成，實際使用中肯定需要增大發(fā)電機的工作效率以節(jié)省能源，因此就需要導通壓降更低的二極管來降低整流橋的損耗。另外考慮發(fā)電機工作的高溫環(huán)境和工作時偶發(fā)的拋負載情況等，二極管還需要具有低的尚溫反向漏電流，并具有尚的抗浪涌電流能力等特點。一.極管的動態(tài)雪崩能量是體現(xiàn)發(fā)電機耐拋負載能力的主要參數(shù)。而動態(tài)雪崩能量的一個直觀體現(xiàn)便是浪涌電流。因此二極管作為汽車發(fā)電機前端的整流橋的主要器件，其抗浪涌電流能力的優(yōu)劣直接影響到汽車發(fā)電機的可靠性。
[0004]PiN二極管和肖特基二極管是主要的兩類傳統(tǒng)整流二極管。PiN 二極管穩(wěn)定性好，能工作于大電壓下而反向漏電小，且高溫下漏電流比肖特基二極管小得多；但器件開啟電壓較大，使得器件工作時導通損耗較大，且由于少子存儲效應使得器件關(guān)斷時間較長，關(guān)斷損耗較大。
[0005]肖特基二極管是利用金屬與半導體形成的金屬-半導體結(jié)原理制作的，正向開啟電壓較小，同時肖特基二極管是多數(shù)載流子器件，沒有少子存儲效應，所以關(guān)斷損耗很??；但其串聯(lián)的漂移區(qū)電阻有著與器件耐壓成2.5次方的矛盾關(guān)系，阻礙了肖特基二極管的高壓大電流的應用，另外肖特基二極管極差的高溫特性、大的泄漏電流和軟擊穿特性，使得硅基肖特基二極管通常只能工作在250V以下的電壓范圍內(nèi)。
[0006]為了提高二極管性能，研究者們已經(jīng)提出一種具有P型埋層的低開啟電壓的二極管結(jié)構(gòu)，參見 2012 年 ISPSD 會議文章 “ Innovative Buried Layer Rectifier with 0.1VUltra-low Forward Conduct1n Voltage”和中國實用新型專利 CN 102709317A “一種低開啟電壓二極管”，兩篇文獻中作者利用P型埋層和N型漂移區(qū)形成的PN結(jié)二極管的耗盡區(qū)縮小與增大來控制二極管開啟和關(guān)斷，使得器件在很小的正向電壓下就有電流通道。
[0007]中國實用新型專利CN 102709317A中JFET區(qū)上方為肖特基接觸，這一定程度上可以提高器件的抗浪涌電流能力，但同時在反向耐壓時會產(chǎn)生較大的漏電流。而ISPSD2012會議文章中JFET區(qū)上方為氧化層與多晶硅的MOS結(jié)構(gòu)，這可以大大減小反向耐壓時的漏電流，同時正向?qū)〞r多晶硅下方產(chǎn)生的電子積累區(qū)有利于減小器件的正向?qū)▔航担摻Y(jié)構(gòu)的抗浪涌電流能力會稍弱。基于此，我們提出一種具有高的抗浪涌電流能力的二極管?！緦嵱眯滦蛢?nèi)容】
[0008]本實用新型要解決的技術(shù)問題:提供一種具有高的抗浪涌電流能力的二極管，以解決現(xiàn)有技術(shù)的汽車發(fā)電機整流橋使用的二極管由于抗浪涌電流能力差，在汽車運行過程中由于電磁干擾產(chǎn)生，特別是蓄電池斷線拋負載時產(chǎn)生的瞬態(tài)電壓高并產(chǎn)生瞬時大浪涌電流燒壞二極管器件，使汽車發(fā)電機不能正常工作等技術(shù)問題。
[0009]本實用新型技術(shù)方案:
[0010]—種具有高的抗浪涌電流能力的二極管，它包括N+襯底，N +襯底背面為金屬化陰極，N+襯底正面為N _外延層，N_外延層上表面有氧化層，氧化層上方為多晶硅，N_外延層頂部具有兩個P型摻雜區(qū)，兩個P型摻雜區(qū)側(cè)邊分別具有N型摻雜區(qū)，金屬化陽極位于器件頂層，兩個P型摻雜區(qū)下方還分別具有一個P體區(qū)，兩個P體區(qū)通過P型摻雜區(qū)與金屬化陽極相連接，金屬化陽極覆蓋在多晶硅、P型摻雜區(qū)、N型摻雜區(qū)以及N_外延層的上表面，兩個P體區(qū)和它們之間的N—外延層構(gòu)成一個結(jié)型場效應晶體管區(qū)，兩個P型摻雜區(qū)之間為P型摻雜的浪涌電流泄放通道。
[0011]P體區(qū)的橫向尺寸大于P型摻雜區(qū)的橫向尺寸，兩個P體區(qū)和它們之間的N_外延層構(gòu)成一個結(jié)型場效應晶體管區(qū)。
[0012]金屬化陰極和金屬化陽極為鋁、銅、鎢或金屬導電材料。
[0013]所述二極管的半導體材料為體硅、碳化硅、砷化鎵、磷化銦或鍺硅。
[0014]本實用新型的有益效果:
[0015]本實用新型提供的一種具有高的抗浪涌電流能力的二極管，在器件的有源區(qū)外通過摻雜形成獨立的Plug區(qū)，以作為浪涌電流的泄放通道。器件處于正常截止狀態(tài)時，器件內(nèi)最高電場位于PN結(jié)處，器件擊穿后，電流由P區(qū)流至金屬陽極，不會對器件產(chǎn)生破壞性影響。但器件工作時當遇到由于汽車發(fā)電機拋負載或者其他電子干擾時，器件產(chǎn)生一個瞬時高電壓或者瞬時大電流，這都會導致器件內(nèi)部產(chǎn)生一個較大的浪涌電流，此時由于空間電荷區(qū)的自由電荷效應，較大的浪涌電流會使器件內(nèi)部的電場分布發(fā)生改變，電流越大，摻雜濃度越低，自由電荷效應越明顯，電場分布改變越多。電流增加引起了電場的增加，當電流達到一定程度時，空間電荷區(qū)將占據(jù)整個N-外延層區(qū)，并在N-外延層和N+襯底的N-N+結(jié)處形成另一個電場峰值，該電場峰值隨著浪涌電流的增大繼續(xù)增大直至發(fā)生雪崩擊穿，這就將形成一個不穩(wěn)定的電流效應，因為N-N+結(jié)的雪崩是由電子引起，而電子的碰撞電離率比空穴高，所以它在低場下就會出現(xiàn)較大電流的增加，導致在器件內(nèi)形成不穩(wěn)定的電流絲，而器件元胞區(qū)P區(qū)與金屬陽極接觸面積相對較小，該大電流若全從器件有源區(qū)中的P區(qū)流出很可能會在該處形成熱點導致器件燒毀失效。本實用新型通過額外引入的PN結(jié)plug區(qū)為因二次擊穿或其他原因產(chǎn)生的浪涌電流提供泄放通道，降低了器件燒毀的可能性，增強了器件的可靠性，解決了現(xiàn)有技術(shù)的汽車發(fā)電機整流橋使用的二極管由于抗浪涌電流能力差，在汽車運行過程中由于電磁干擾產(chǎn)生，特別是蓄電池斷線拋負載時產(chǎn)生的瞬態(tài)電壓高并產(chǎn)生瞬時大浪涌電流燒壞二極管器件，使汽車發(fā)電機不能正常工作等技術(shù)問題。
【附圖說明】
[0016]圖1是本實用新型二極管的縱向剖面圖。
【具體實施方式】
[0017]—種具有高的抗浪涌電流能力的二極管(見圖1)，它包括N+襯底2，N+襯底2背面為金屬化陰極1，N+襯底2正面為N ~外延層3，N-外延層3上表面有氧化層9，氧化層9上方為多晶硅10，N—外延層3頂部具有兩個P型摻雜區(qū)5，兩個P型摻雜區(qū)5側(cè)邊分別具有N型摻雜區(qū)4，金屬化陽極6位于器件頂層，兩個P型摻雜區(qū)5下方還分別具有一個P體區(qū)7，兩個P體區(qū)7通過P型摻雜區(qū)5與金屬化陽極6相連接，金屬化陽極6覆蓋在多晶硅10、P型摻雜區(qū)5、N型摻雜區(qū)4以及N—外延層3的上表面，兩個P體區(qū)和它們之間的N—外延層構(gòu)成一個結(jié)型場效應晶體管區(qū)8，兩個P型摻雜區(qū)之間為P型摻雜的浪涌電流泄放通道，也叫plug區(qū)。
[0018]N型摻雜區(qū)4為N型重摻雜區(qū)，摻雜濃度為119 /cm3-1021 /cm3;P型摻雜區(qū)5為P型重摻雜區(qū)，摻雜濃度為119 /cm3-1021 /cm 3;P體區(qū)7在重摻雜N型摻雜區(qū)4與P型重摻雜區(qū)下方，結(jié)深為0.5Mm，氧化層9為薄氧化層，厚度為5-15nm。
[0019]P體區(qū)的橫向尺寸大于P型摻雜區(qū)的橫向尺寸，兩個P體區(qū)和它們之間的N_外延層構(gòu)成一個結(jié)型場效應晶體管區(qū)。
[0020]金屬化陰極和金屬化陽極為鋁、銅、鎢或金屬導電材料。
[0021 ] 所述二極管的半導體材料為體硅、碳化硅、砷化鎵、磷化銦或鍺硅。
[0022]本實用新型技術(shù)方案中，1、電流泄放plug區(qū)域11連接兩個P型摻雜區(qū)5 ;2、plug區(qū)域作為浪涌電流泄放通道不限于BLR (Buried Layer Rectifier)埋層低電壓二極管中，同樣可用于 MCD (MOS Control D1de，MOS 控制二極管)、TMBS (Trench MOS BarrierSchottky Rectifier，溝槽MOS型肖特基勢皇整流器)等各種不同結(jié)構(gòu)的二極管中。
[0023]本實用新型的具體實現(xiàn)方法與現(xiàn)有技術(shù)二極管元胞區(qū)制作方法相同，而電流泄放plug區(qū)制造可與P型摻雜區(qū)同時形成，或者單獨制作掩膜版作離子注入，并高溫推結(jié)形成。
【主權(quán)項】
1.一種具有高的抗浪涌電流能力的二極管，它包括N +襯底(2)，其特征在于:N +襯底(2 )背面為金屬化陰極(I)，N+襯底(2 )正面為N _外延層(3 )，N_外延層(3 )上表面有氧化層(9 )，氧化層(9 )上方為多晶硅(10 )，N_外延層(3 )頂部具有兩個P型摻雜區(qū)(5 )，兩個P型摻雜區(qū)(5)側(cè)邊分別具有N型摻雜區(qū)(4)，金屬化陽極(6)位于器件頂層，兩個P型摻雜區(qū)(5)下方還分別具有一個P體區(qū)(7)，兩個P體區(qū)(7)通過P型摻雜區(qū)(5)與金屬化陽極(6 )相連接，金屬化陽極(6 )覆蓋在多晶硅(10 )、P型摻雜區(qū)(5 )、N型摻雜區(qū)(4 )以及N—外延層(3)的上表面，兩個P體區(qū)(7)和它們之間的N_外延層(3)構(gòu)成一個結(jié)型場效應晶體管區(qū)(8 )，兩個P型摻雜區(qū)(5 )之間為P型摻雜的浪涌電流泄放通道(11)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有高的抗浪涌電流能力的二極管，其特征在于:P體區(qū)(7)的橫向尺寸大于P型摻雜區(qū)(5)的橫向尺寸，兩個P體區(qū)(7)和它們之間的N—外延層(3)構(gòu)成一個結(jié)型場效應晶體管區(qū)(8)。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種具有高的抗浪涌電流能力的二極管，其特征在于:金屬化陰極(I)和金屬化陽極(6)為鋁、銅或鎢。4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種具有高的抗浪涌電流能力的二極管，其特征在于:所述二極管的半導體材料為體硅、碳化硅、砷化鎵、磷化銦或鍺硅。
【專利摘要】本實用新型公開了一種具有高的抗浪涌電流能力的二極管，它包括N+襯底，N+襯底背面為金屬化陰極，N+襯底正面為N－外延層，N－外延層上表面有氧化層，氧化層上方為多晶硅，N－外延層頂部具有兩個P型摻雜區(qū)，兩個P型摻雜區(qū)側(cè)邊分別具有N型摻雜區(qū)，金屬化陽極位于器件頂層，兩個P型摻雜區(qū)下方還分別具有一個P體區(qū)，兩個P體區(qū)通過P型摻雜區(qū)與金屬化陽極相連接，金屬化陽極覆蓋在多晶硅、P型摻雜區(qū)、N型摻雜區(qū)以及N－外延層的上表面，兩個P型摻雜區(qū)之間為P型摻雜的浪涌電流泄放通道，也叫plug區(qū)，解決了現(xiàn)有技術(shù)的汽車發(fā)電機整流橋中的二極管抗浪涌電流能力差等技術(shù)問題。
【IPC分類】H01L29/861, H01L29/06
【公開號】CN204946908
【申請?zhí)枴緾N201520551816
【發(fā)明人】李澤宏
【申請人】李澤宏
【公開日】2016年1月6日
【申請日】2015年7月28日