CN205680688U

CN205680688U - 一种多混合结构的软快恢复二极管

Info

Publication number: CN205680688U
Application number: CN201620485516.4U
Authority: CN
Inventors: 杨忠武
Original assignee: SHANGHAI ANWEI ELECTRONIC CO Ltd
Current assignee: Beihai Huike Semiconductor Technology Co Ltd
Priority date: 2016-05-25
Filing date: 2016-05-25
Publication date: 2016-11-09
Anticipated expiration: 2026-05-25

Abstract

本实用新型的主要目的为提供一种多混合结构的软快恢复二极管，在N‑/N/N+型硅片上间隔地排列制造出高浓度的P+/N‑结、肖特基结、低浓度的P‑/N‑结。在原MPS结构上，增加了P‑/N‑结构。设定的P‑区浓度在5E12～5E13/cm²,P+区的浓度大于1E14/cm²;P+和P‑区边间距5～35um。减少了工步，降低了成本。

Description

一种多混合结构的软快恢复二极管

技术领域

本实用新型属于二极管及其制备的技术领域，特别是涉及一种高压、软、快恢复二极管。

背景技术

在电力电子、开关电源电路以及各种电机驱动电路中，越来越高的工作频率将大幅度降低其中的被动元件（电感和电容）的体积及其上面的功率损耗，但对电路中使用的大功率开关二极管提出了更短的反向恢复时间、更低的开关损耗的要求。目前，这些电路中应用最多的仍然是PIN结构的快恢复和超快恢复二极管。但普通的PIN二极管不具备反向软恢复特性，反向恢复过程中会出现大的反向峰值恢复电流和反向峰值电压，使变换电路的损耗和电磁干扰（EMI）增大，同时对二极管以及主开关器件的稳定工作造成了威胁。选用具有软恢复特性的高压快恢复二极管能显著降低这些不利影响，对于高反压快恢复二极管若要获得软快特性，关键在于控制正向导通时存储在PIN二极管漂移区（N-区）中的超量载流子的分布状态，如果能获得靠近P+N-结处分布的载流子浓度低，而靠近N+N-结处的浓度高的“倒梯形”分布，将会获得更大的软恢复因子、更软的恢复特性。综合了PIN二极管和肖特基二极管优点的肖特基混合二极管（MPS）二极管具有更快、更软的反向恢复特性，如美国专利US7，071，525 B2所描述的特性。如图1所示结构，此结构能够提升软恢复特性，但如果要达到更快恢复特性，必须增大P+结间距，会导致对肖特基结的屏蔽作用减弱，反向漏电流增大；P+结间距小，则注入到漂移区的载流子过多，降低了速度。同时，对于大功率高压快恢复二极管反向雪崩浪涌能力的提升，芯片的终端保护至关重要，通常采用的分压环结构存在产生动态电流丝而能力低缺点，变掺杂扩展终端技术（VLD）被证明能有效提高抗雪崩击穿能力，但制造过程需增加低浓度P型杂质注入，增加了工步，针对上述问题，本实用新型提供了一种多混合结构软快恢复二极管，采用肖特基混合高低浓度PN结结构，并同步制造变掺杂平面终端（VLD）保护，提高了击穿电压和抗浪涌能力，降低了恢复时间，形成软恢复特性，并可达到良好的低漏电效果。

发明内容

本实用新型在N-/N/N+型硅片上间隔地排列制造出高浓度的P+/N结、肖特基结、低浓度的P-/N-结、肖特基结结构，通过增加P-/N-结构，降低空穴注入效率，减小了反向恢复时间，又避免肖特基结势垒高度降低缺点，达到软快恢复和低漏电的综合；和P-/N-结同时形成VLD终端结构保证了高电压和高抗浪涌能力，又简化制造流程，降低成本。

对于MPS结构的快恢复二极管，是将PIN二极管和肖特基二极管结合在一起，如图1所示，间隔地排列P+结和肖特基结，肖特基结势垒高度低，首先开始导通，在低电流密度时，导通压降小，恢复时间快；但在大电流密度时，导通压降由于漂移区电阻大而导致导通压降大，远高于PIN结构二极管，失去优势，在反向时，随着电压增大，镜像力原因使得反向漏电变大，功耗增加；加入P+结的PIN二极管，正向导通时，在低电流密度下，肖特基结首先导通，导通压降低，在大电流密度时，P+结下的压降高于PN结的势垒，如0.7V时，PN结导通，P+结向漂移区注入空穴，漂移区电阻经过空穴的调制而变小，使整体压降变小。反向时，由于P+结扩展，可以在肖特基结下面形成屏蔽，避免肖特基势垒降低导致的漏电流增大。在反向恢复时，肖特基结提供了泄放通道，能够快速抽走过剩载流子，形成软快恢复特性。但P+结面积和肖特基结面积存在一个折衷关系，若肖特基结面积过大，反向时P+的屏蔽作用减弱，漏电流增大，正向压降变大；若肖特基结面积过小，即P+结间距窄，正向时注入到漂移区的过剩载流子增多，反向恢复时间变大。

如图2所示为本实用新型设计的新的结构。在（P+/N-结） + （肖特基结） + （P+/N-结）结构基础上，增加了P-/N-结，形成（P+/N-结） + （肖特基结） + （P-/N-结）+ （肖特基结） + （P+/N-结）结构。正向导通时，在低电流密度下，肖特基结首先导通，然后P-/N-导通，由于P-结浓度低，注入到漂移区（N-区）载流子少，恢复时间会快，导通压降保持低水平。在大电流密度时，P+结下的压降高于PN结的势垒时， P+N-结导通，P+结向漂移区注入大量空穴，漂移区电阻经过空穴的调制而变小，使整体压降变小。反向时，由于P+结和P-结都扩展，在肖特基结下面形成屏蔽，避免了肖特基势垒降低导致的漏电流增大。在反向恢复时，肖特基结提供了泄放通道，能快速抽走过剩载流子，形成软快恢复特性。

通常快恢复二极管在使用时，并不用在标称大电流密度下，如10安培功率二极管，正常只使用在2安培，只在有浪涌冲击时才应用在大电流下。如能做到在正常使用时，只有肖特基结和P-结导通，而P+结未导通，速度可以更快。设计P+和P-的浓度以及P+到P-的间距至关重要。

芯片保护终端结构可以采用场板、分压环、JTE、VLD等结构，如采用VLD结构，终端掺杂在本实用新型中是和P-区同时进行，如图3所示，则减少了工步，降低了成本。

P-区的浓度要尽可能低，但不能低于1E12/cm²,结合VLD终端的要求，本实用新型设定的P-区浓度在5E12～5E13/cm²,P+区的浓度要尽可能浓，保证P+/N结晚导通，本实用新型设定为P+区浓度大于1E14 /cm²;P+和P-区边间距5～35um。

外延或扩散的硅片可以采用多层结构，如N+/N/N-层，对软恢复特性有帮助。

本实用新型高压软快恢复二极管的制备方法，其步骤包括：N型外延片（或扩散片）—生长场氧SiO2--光刻P-区—注入淡硼—推结—光刻P+区—注入浓硼— 推结–光刻有源区--蒸发或溅射势垒金属--硅化物形成--正面阳极电极金属—光刻金属--腐蚀金属—背面金属，所述的P-区浓度在5E12～5E13/cm², P+区浓度大于1E14 /cm²；P+和P-区边间距5～35um。

有益效果

（1）通过此方案制造的快恢复特性反向恢复时间降低了15%以上，软度也略有增加，漏电流保持一致，导通压降略大，但在可接受范围内，（2）本实用新型采用的VLD终端保护结构由于和P-区同时完成，减少了工步，降低了成本。

附图说明

图1 标准MPS结构二极管的示意图;图2 本实用新型多混合结构软快恢复二极管剖面示意图;图3 本实用新型的多混合结构的软快恢复二极管表面示意图。

具体实施方式

以下通过具体实施例对本实用新型作进一步说明，但实施例并不限制本实用新型的保护范围。

实施例

在硅外延片（N-区厚度45um）上生长氧化层1um,光刻P-区，注入B11（1E13cm²），推结（结深4um），光刻P+区，注入B11（2E15/cm²）,推结（6um）,光刻有源区，溅射金属Pt，450℃合金，去除Pt，蒸发金属AL，光刻腐蚀金属，背面减薄250um,蒸发TiNiAg金属,P+区和P-区都采用四方形，边间距为18um,VLD终端分三区，占空比分别为75%，50%，25%。

所得二极管反向截止（击穿）电压720V，T_rr30ns,反向漏电流2uA,VF1.7V,软度1.1。

当然，本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本实用新型，而并非作为对本实用新型的限定，只要在本实用新型的实质精神范围内，对以上所述实施例的变化、变形都将落在本实用新型权利要求书的范围内。

Claims

1.一种多混合结构的软快恢复二极管，其结构包括：在N-/N/N+型硅片上间隔地排列制造出高浓度的P+/N-结、肖特基结、低浓度的P-/N-结。

2.根据权利要求1所述的多混合结构的软快恢复二极管，其特征在于，在原MPS结构上，增加了P-/N-结构，设定的P-区浓度在5E12～5E13/cm²,P+区的浓度大于1E14 /cm²;P+和P-区边间距5～35um。