專利名稱：功率二極管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種高壓功率二極管結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
二極管是功率電子系統(tǒng)中不可或缺的器件，用于整流、續(xù)流等，廣泛地采用BiCMOS工藝集成。一般的二極管，如圖I所示的結(jié)構(gòu)，由于寄生三極管器件的存在，在正向工作時有很大的襯底漏電。實測數(shù)據(jù)顯示(見圖2)，從二極管的陽極灌入電流(圖2的X軸)，可以看到襯底電流(圖2中的Isub曲線)非常大，和二極管的陰極電流(圖2中的I_Diode_N曲線)都是可比的?，F(xiàn)有基于NPN架構(gòu)的功率二極管，如圖3所示結(jié)構(gòu)，發(fā)射結(jié)的反向耐壓一般比較小。若采用阱作發(fā)射極，基極又很容易被穿通，即發(fā)射極和集電極直接連通起來了。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種功率二極管，其具有較高的反向耐壓能力。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的功率二極管，其結(jié)構(gòu)為采用NPN結(jié)構(gòu)，其中NPN結(jié)構(gòu)的基極和集電極連接作為功率二極管的陽極，NPN結(jié)構(gòu)的發(fā)射極作為功率二極管的陰極；發(fā)射極端發(fā)射區(qū)域下方設(shè)有一個阱注入?yún)^(qū)，阱注入?yún)^(qū)的導(dǎo)電類型與發(fā)射區(qū)域相同，且雜質(zhì)濃度低于發(fā)射區(qū)域的雜質(zhì)濃度；基極下方的襯底里設(shè)置埋層，埋層的導(dǎo)電類型與基極區(qū)域相同，且雜質(zhì)濃度高于基極區(qū)域的雜質(zhì)濃度。本發(fā)明的功率二極管結(jié)構(gòu)，把NPN結(jié)構(gòu)中的基極和集電極連接作為二極管的陽極，發(fā)射極作為二極管的陰極，從而有效地降低了二極管正向工作時的襯底漏電。同時發(fā)射極采用了摻雜濃度較小的阱，提高了器件的反向耐壓。另外在基極區(qū)域下方使用了具有相同導(dǎo)電類型的埋層，有效避免了集電極和發(fā)射極之間穿通的問題。


下面結(jié)合附圖與具體實施方式
對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明圖I為現(xiàn)有的二極管結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為圖I所示二極管的電流示意圖；圖3為現(xiàn)有的NPN構(gòu)架的功率二極管結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為本發(fā)明的功率二極管的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5為圖4所示的結(jié)構(gòu)中形成陽極和陰極后的結(jié)構(gòu)示意圖；圖6為本發(fā)明的功率二極管的正向電流示意圖；圖7為本發(fā)明的功率二極管的反向擊穿電壓示意圖。
具體實施方式
本發(fā)明的NPN架構(gòu)的功率ニ極管，NPN結(jié)構(gòu)中的基極和集電極連接作為功率ニ極管的陽極，發(fā)射極作為功率ニ極管的陰極。在現(xiàn)有的NPN結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，在發(fā)射極端的發(fā)射區(qū)域下方增設(shè)ー個阱注入?yún)^(qū)，該阱注入?yún)^(qū)的導(dǎo)電類型與發(fā)射區(qū)域相同，但雜質(zhì)濃度低于發(fā)射區(qū)域的雜質(zhì)濃度，用于提高器件的反向耐壓。而為了防止集電極和發(fā)射極之間的穿通問題，在基極下方的襯底設(shè)置埋層，埋層的導(dǎo)電類型與基極區(qū)域相同，但雜質(zhì)濃度高于基極區(qū)域的雜質(zhì)濃度(見圖4和圖5 )。以圖5為例，即基極下方的P型埋層的雜質(zhì)濃度高于HVPW區(qū)域的雜質(zhì)濃度。上述結(jié)構(gòu)中發(fā)射極為N型，發(fā)射極下的阱注入?yún)^(qū)為N阱；基極為P型(由高壓P阱組成，見圖5中的HVPW)，集電極為N型。發(fā)射極和基極位于同一個P阱中，且由場氧化區(qū)隔離開。基極下方的埋層為P型埋層，位于HVPW下方。在阱注入?yún)^(qū)下方設(shè)置有高壓阱注入?yún)^(qū)(為圖5中的高壓N阱，常規(guī)結(jié)構(gòu)中的發(fā)射極區(qū)域)，同樣位于P阱中，其導(dǎo)電類型與阱注入?yún)^(qū)相同，且雜質(zhì)濃度低于阱注入?yún)^(qū)的雜質(zhì)濃度，如此設(shè)置能得到更高的反向耐壓。本發(fā)明的功率ニ極管制備中，發(fā)射極端的設(shè)置可與集電極端的相同，從上往下分別為N+注入?yún)^(qū)(用于和金屬形成歐姆接觸)、N阱注入?yún)^(qū)和高壓N阱注入?yún)^(qū)。圖4中的N+區(qū)域和P+區(qū)域分別用于和金屬形成歐姆接觸的重?fù)诫s區(qū)域，用于電極引出。對ー個具體的功率ニ極管實例進(jìn)行測試，可見正向電流曲線中，襯底漏電非常小(見圖6)，而在反向試驗中，該功率ニ極管的反向擊穿電壓大于30V(見圖7)?？芍?，本發(fā)明的功率ニ極管，具有較小的襯底漏電和較高的反向擊穿電壓。本發(fā)明的功率ニ極管的制備流程，簡單介紹如下先準(zhǔn)備襯底；之后分別進(jìn)行N型埋層和P型埋層的注入；而后進(jìn)行外延層的生長；接著通過阱制備等步驟完成NPN結(jié)構(gòu)；最后通過接觸孔和金屬連線エ藝把NPN結(jié)構(gòu)的基極和集電極連接作為功率ニ極管的陽極，發(fā)射極作為功率ニ極管的陰極。上述結(jié)構(gòu)中，每個區(qū)域的雜質(zhì)濃度范圍，以具體的結(jié)構(gòu)為例。N+的發(fā)射區(qū)域，雜質(zhì)濃度可取每立方厘米有102°數(shù)量級的原子，具體可為I. O X IO20原子/Cm3 4. O X IO20原子/cm3。發(fā)射區(qū)域下方的阱注入?yún)^(qū)為N阱，雜質(zhì)濃度可設(shè)為每立方厘米有IO17數(shù)量級的原子，具體可為I. OX IO17原子/cm3 3. OX IO17原子/cm3。阱注入?yún)^(qū)下方的高壓阱注入?yún)^(qū)，雜質(zhì)濃度可設(shè)為每立方厘米有IO16數(shù)量級的原子，具體可為I. O X IO16原子/cm3 4. O X IO16原子/cm3。P型埋層的雜質(zhì)濃度為每立方厘米有IO18次數(shù)量級的原子，具體可為O. 5 X IO18原子/cm3 2. OX IO18原子/cm3。原來設(shè)在三極管結(jié)構(gòu)下方的N型埋層中，雜質(zhì)濃度可為每立方厘米有IO19次數(shù)量級的原子。
權(quán)利要求
1.一種功率二極管，其特征在于所述功率二極管采用NPN結(jié)構(gòu)，其中所述NPN結(jié)構(gòu)的基極和集電極相連接作為所述功率二極管的陽極，所述NPN結(jié)構(gòu)的發(fā)射極作為所述功率二極管的陰極；發(fā)射極端發(fā)射區(qū)域下方設(shè)有一個阱注入?yún)^(qū)，所述阱注入?yún)^(qū)的導(dǎo)電類型與所述發(fā)射區(qū)域相同，且雜質(zhì)濃度低于所述發(fā)射區(qū)域的雜質(zhì)濃度；所述基極下方的襯底內(nèi)設(shè)置埋層，所述埋層的導(dǎo)電類型與所述基極區(qū)域相同，且雜質(zhì)濃度高于所述基極區(qū)域的雜質(zhì)濃度。
2.如權(quán)利要求I所述的功率二極管，其特征在于所述發(fā)射極為N型，所述基極為P型，所述發(fā)射極和所述基極位于同一個P阱內(nèi)且由場氧化區(qū)隔開；所述基極下方的埋層為P型埋層，位于所述P阱下方。
3.如權(quán)利要求I或2所述的功率二極管，其特征在于所述阱注入?yún)^(qū)下方設(shè)有一個高壓阱注入?yún)^(qū)，所述高壓阱注入?yún)^(qū)的導(dǎo)電類型與所述阱注入?yún)^(qū)相同，且雜質(zhì)濃度低于所述阱注入?yún)^(qū)的雜質(zhì)濃度。
4.如權(quán)利要求I或2所述的功率二極管，其特征在于所述發(fā)射區(qū)域的雜質(zhì)濃度為.1.OX IO2tl原子/cm3 4. OX IO20原子/cm3 ;阱注入?yún)^(qū)的雜質(zhì)濃度為I. OX IO17原子/cm3 .3.OX IO17原子/cm3 ;高壓阱注入?yún)^(qū)的雜質(zhì)濃度為I. OX IO16原子/cm3 4. OX IO16原子/cm3 ;所述埋層的雜質(zhì)濃度為0. 5 X IO18原子/cm3 2. OX IO18原子/cm3。
5.如權(quán)利要求3所述的功率二級管，其特征在于所述發(fā)射區(qū)域的雜質(zhì)濃度為.1.OX IO2tl原子/cm3 4. OX IO20原子/cm3 ;阱注入?yún)^(qū)的雜質(zhì)濃度為I. OX IO17原子/cm3 .3. OX IO17原子/cm3,高壓N阱I. OX IO16原子/cm3 4. OX IO16原子/cm3 ;所述埋層的雜質(zhì)濃度為 0. 5 X IO18 原子 /cm3 2. OXlO18 原子 /cm3。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種功率二極管，該功率二極管采用NPN結(jié)構(gòu)，其中NPN結(jié)構(gòu)的基極和集電極相連接作為功率二極管的陽極，NPN結(jié)構(gòu)的發(fā)射極作為功率二極管的陰極；發(fā)射極端發(fā)射區(qū)域下方設(shè)有一個阱注入?yún)^(qū)，阱注入?yún)^(qū)的導(dǎo)電類型與發(fā)射區(qū)域相同，且雜質(zhì)濃度低于發(fā)射區(qū)域的雜質(zhì)濃度；基極下方的襯底內(nèi)設(shè)置埋層，埋層的導(dǎo)電類型與所述基極區(qū)域相同，且雜質(zhì)濃度高于基極區(qū)域的雜質(zhì)濃度。本發(fā)明的功率二極管，具有低的襯底漏電和較高的反向擊穿電壓。
文檔編號H01L29/06GK102623511SQ20111002794
公開日2012年8月1日 申請日期2011年1月26日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月26日
發(fā)明者崔文兵, 張帥, 李亮, 韓峰 申請人:上海華虹Nec電子有限公司