CN210110784U - 高坚固性快恢复二极管 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种高坚固性快恢复二极管，包括：有源区、终端区以及介质层。有源区包括：N‑漂移区、N缓冲层、N+阴极区、阴极电极、P缓冲层、P+阳极区、阳极金属电极、内嵌P环及横向电阻区。N缓冲层位于N‑漂移区的下方；N+阴极区位于N缓冲层的下方；阴极电极位于N+阴极区的下方；P缓冲层位于N‑漂移区的上方；P+阳极区位于P缓冲层的内部；阳极金属电极位于P+阳极区的上方；内嵌P环位于P缓冲层的内部；及横向电阻区位于N‑漂移区的上方。终端区包括接触式场环、浮空场环、截止环、场板及终端阴极P+区；以及介质层位于阳极金属电极的上下方特定位置。借此，本实用新型的高坚固性快恢复二极管，大大提高了坚固性。
Description
技术领域
本实用新型是关于功率半导体器件技术领域，特别是关于一种高坚固性快恢复二极管。
背景技术
快恢复二极管具有击穿电压高、通态压降小、高温漏电小等优点，但其基区的掺杂浓度通常很低，导致二极管在苛刻条件下的反向恢复过程会发生动态雪崩，严重的动态雪崩将会引发电流丝化，当电流丝趋于固定某一位置时，就能可引发严重的局部温升，使器件烧毁，而上述现象特别容易发生在器件结终端及接触孔边缘位置。
公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本实用新型的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种高坚固性快恢复二极管，其大大提高了坚固性。
为实现上述目的，本实用新型提供了一种高坚固性快恢复二极管，包括：有源区、终端区以及介质层。有源区包括：N-漂移区、N缓冲层、N+阴极区、阴极电极、P缓冲层、P+阳极区、阳极金属电极、内嵌P环及横向电阻区。N 缓冲层位于N-漂移区的下方；N+阴极区位于N缓冲层的下方；阴极电极位于 N+阴极区的下方；P缓冲层位于N-漂移区的上方；P+阳极区位于P缓冲层的内部；阳极金属电极位于P+阳极区的上方；内嵌P环位于P缓冲层的内部的上方；及横向电阻区位于N-漂移区的上方。终端区包括接触式场环、浮空场环、截止环、场板及终端阴极P+区；以及介质层位于阳极金属电极的上下方特定位置。
在一优选的实施方式中，横向电阻区为P缓冲层向两侧延伸形成，且横向电阻长度为5-180μm，掺杂浓度为1e12-1e18 cm-2。
在一优选的实施方式中，内嵌P环位于P+阳极区内。
在一优选的实施方式中，内嵌P环的掺杂剂量为1e12-3e18cm-2，环宽度为1-10μm。
在一优选的实施方式中，内嵌P环的数量为1-3个，且排列间距为1-10μm，到阳极金属电极表面的扩散深度为0.5-8μm。
在一优选的实施方式中，接触式场环上方的场板与阳极金属电极相连。
在一优选的实施方式中，介质层为半绝缘多晶硅层和二氧化硅层，且半绝缘多晶硅层的厚度为0.5-3μm。
在一优选的实施方式中，高坚固性快恢复二极管还包括钝化层，位于阳极金属电极的上方，且钝化层为氮化硅层和聚酰亚胺层。
在一优选的实施方式中，氮化硅层的厚度为0.1-2μm，且聚酰亚胺层的厚度为20-380μm。
与现有技术相比，根据本实用新型的高坚固性快恢复二极管，解决了过流关断及反偏静电放电(ESD)过程中快恢复二极管在反向恢复期间易在结终端及接触空边缘失效的问题，提高了快恢复二极管的坚固性。
附图说明
图1是根据本实用新型一实施方式的高坚固性快恢复二极管的结构示意图。
主要附图标记说明：
1-N-漂移区，2-N缓冲层，3-终端阴极P+区，4-N+阴极区，5-P缓冲层， 51-横向电阻区，6-P+阳极区，7-内嵌P环，71-接触式场环，72-浮空场环，8-N+ 截止环，9-衬垫二氧化硅层，91-二氧化硅层，10-半绝缘多晶硅层，11-氮化硅层，12-聚酰亚胺层，13-阳极金属电极，131-场板，14-阴极电极。
具体实施方式
下面结合附图，对本实用新型的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本实用新型的保护范围并不受具体实施方式的限制。
除非另有其它明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分，而并未排除其它元件或其它组成部分。
如图1所示，图1是根据本实用新型一实施方式的高坚固性快恢复二极管的结构示意图。
根据本实用新型优选实施方式的本实用新型提供了一种高坚固性快恢复二极管，包括：有源区、终端区以及介质层。有源区包括：N-漂移区、N缓冲层、N+阴极区、阴极电极、P缓冲层、P+阳极区、阳极金属电极、内嵌P 环及横向电阻区。N缓冲层位于N-漂移区的下方；N+阴极区位于N缓冲层的下方；阴极电极位于N+阴极区的下方；P缓冲层位于N-漂移区的上方；P+ 阳极区位于P缓冲层的内部；阳极金属电极位于P+阳极区的上方；内嵌P环位于P缓冲层的内部；及由P缓冲层扩展而来的横向电阻区位于N-漂移区的上方。终端区包括接触式场环、浮空场环、截止环、场板及终端阴极P+区；以及介质层位于阳极金属电极的上下方特定位置；通过采用内嵌P环、横向电阻区及接触式场环相结合的快恢复二极管结构，可降低通态条件下的导通压降，并提高了二极管反向恢复过程的动态雪崩阈值，增强了过流关断及抗反偏ESD能力，使器件的坚固性得到有效提升。
在一优选的实施方式中，横向电阻区为P缓冲层向两侧延伸扩展形成，且横向电阻长度为5-180μm，掺杂浓度为1e12-1e18 cm-2；内嵌P环位于P+ 阳极区内；内嵌P环的掺杂剂量为1e12-3e18cm-2，环宽度为1-10μm。
在一优选的实施方式中，内嵌P环的数量为1-3个，且排列间距为1-10μm，到阳极金属电极表面的扩散深度为0.5-8μm；接触式场环上方的场板与阳极金属电极相连；介质层为半绝缘多晶硅层和二氧化硅层，且半绝缘多晶硅层的厚度为0.5-3μm。
在一优选的实施方式中，高坚固性快恢复二极管还包括钝化层，位于阳极金属电极的上方，且钝化层为氮化硅层和聚酰亚胺层；氮化硅层的厚度为 0.1-2μm，且聚酰亚胺层的厚度为20-380μm。
在实际应用中，本实用新型的高坚固性快恢复二极管包括N-漂移区、N- 漂移区下方的N缓冲层、与N缓冲层相连的终端阴极P+区和N+阴极区、阴极电极、N-漂移区上表面的P缓冲层、P+阳极区、内嵌P环、横向电阻区由 P缓冲层延伸形成、接触式场环与阳极金属电极相连，接触式场环右侧为浮空场环，浮空场环上方金属场板不与阳极金属电极相连、终端边缘N+截止环、硅片上方依次电极介质层为衬垫氧化层、二氧化硅层、半绝缘多晶硅层、氮化硅层、聚酰亚胺层。通过采用内嵌P环、横向电阻区及接触式场环相结合的快恢复二极管结构，可降低通态条件下的导通压降，并提高了二极管反向恢复过程的动态雪崩阈值，增强了过流关断及抗反偏ESD能力，使器件的坚固性得到有效提升。具体的，横向电阻区由P缓冲层形成过程中向两侧扩展延伸形成，横向电阻区长度为5-180μm，掺杂剂量为1e12-1e18cm-2；具体的，内嵌P环在阳极接触孔下方也即衬垫二氧化硅层与下方P+阳极区的起始交界处通过离子注入形成，内嵌P环的掺杂剂量为1e14-3e18cm-2，环宽度1-10μm，数量1-3个，排列间距1-10μm，到阳极表面的扩散深度为0.5-8μm；具体的，接触场环由离子注入形成，掺杂剂量为1e12-1e18cm-2，场环上方金属与阳极金属电极相连。具体的，半绝缘多晶硅层位于阳极金属电极下方，其厚度为 0.5-3μm；具体的，氮化硅层位于阳极金属电极上方，其厚度为0.1-2μm；具体的，聚酰亚胺层位于氮化硅层上方，其厚度分别为20-380μm。
在另一个实施例中，高坚固性快恢复二极管的所有结构与上述实施例的结构完全相同，在此不在赘述，区别在于本实施例中有源区内横向电阻区长度为80μm，掺杂剂量为1.5e14cm-2；内嵌P环的掺杂剂量为1e18cm-2，环宽度5μm，数量1个，到阳极金属电极表面的扩散深度为3.5μm；接触式场环掺杂剂量为1e15cm-2；半绝缘多晶硅层10厚度为1μm，氮化硅层11厚度为0.2μm，聚酰亚胺层12厚度为240μm。经过仿真实验验证，此高坚固性快恢复二极管通态压降能够降低26％；过流关断能力达到额定电流的6倍；抗反偏ESD能力显著提高，顺利通过8kV人体模型等级的反偏ESD测试，所以本实用新型的高坚固性快恢复二极管的结构可以有效改善器件的坚固性。
总之，本实用新型的高坚固性快恢复二极管具有如下有益效果：通态条件下内嵌P环能够增强载流子注入效应，降低了通态压降，同时关断过程中横向电阻区抑制了反向恢复过程主结边缘对基区电荷的抽取，接触式场环则在反向抽取过程中提供载流子通路，降低主结边缘抽取的载流子数量，抑制了边缘电流集中现象，对过流关断和反偏ESD过程中的动态雪崩有抑制作用，提高了过流关断和抗ESD能力。阳极金属电极下方介质层为二氧化硅层和半绝缘多晶硅层，能够降低瞬态电压诱导的漏电流；阳极金属电极上方钝化层为氮化硅层，氮化硅层能够阻挡外部湿气和钠离子通过，并能提供良好的热稳定性和界面应力；聚酰亚胺层，能够防止芯片内部的化学腐蚀、提高器件抗潮湿能力，同时有效降低器件封装中由塑封料和引线框架与硅片之间的热膨胀系数不同导致的热应力，有效保护芯片安全。
前述对本实用新型的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本实用新型限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本实用新型的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本实用新型的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本实用新型的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。
Claims (9)
1.一种高坚固性快恢复二极管，其特征在于，包括：
有源区，包括：
N-漂移区；
N缓冲层，位于所述N-漂移区的下方；
N+阴极区，位于所述N缓冲层的下方；
阴极电极，位于所述N+阴极区的下方；
P缓冲层，位于所述N-漂移区的上方；
P+阳极区，位于所述P缓冲层的内部；
阳极金属电极，位于所述P+阳极区的上方；
内嵌P环，位于所述P缓冲层的内部；及
横向电阻区，位于所述N-漂移区的上方；
终端区，包括接触式场环、浮空场环、N+截止环、场板及终端阴极P+区；以及
介质层，位于所述阳极金属电极的上下方位置。
2.如权利要求1所述的高坚固性快恢复二极管，其特征在于，所述横向电阻区为所述P缓冲层向两侧延伸形成，且所述横向电阻长度为5-180μm，掺杂浓度为1e12-1e18cm-2。
3.如权利要求1所述的高坚固性快恢复二极管，其特征在于，所述内嵌P环位于所述P+阳极区内。
4.如权利要求1所述的高坚固性快恢复二极管，其特征在于，所述内嵌P环的掺杂剂量为1e12-3e18cm-2，环宽度为1-10μm。
5.如权利要求1所述的高坚固性快恢复二极管，其特征在于，所述内嵌P环的数量为1-3个，且排列间距为1-10μm，到所述阳极金属电极表面的扩散深度为0.5-8μm。
6.如权利要求1所述的高坚固性快恢复二极管，其特征在于，所述接触式场环上方的所述场板与所述阳极金属电极相连。
7.如权利要求1所述的高坚固性快恢复二极管，其特征在于，所述介质层为半绝缘多晶硅层和二氧化硅层，且所述半绝缘多晶硅层的厚度为0.5-3μm。
8.如权利要求1所述的高坚固性快恢复二极管，其特征在于，还包括钝化层，位于所述阳极金属电极的上方，且所述钝化层为氮化硅层和聚酰亚胺层。
9.如权利要求8所述的高坚固性快恢复二极管，其特征在于，所述氮化硅层的厚度为0.1-2μm，且所述聚酰亚胺层的厚度为20-380μm。
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| CN201921136458.4U CN210110784U (zh) | 2019-07-19 | 2019-07-19 | 高坚固性快恢复二极管 |
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|---|---|
| CN (1) | CN210110784U (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112420814A (zh) * | 2020-11-19 | 2021-02-26 | 北京工业大学 | 一种高压功率快恢复二极管结构 |
-
2019
- 2019-07-19 CN CN201921136458.4U patent/CN210110784U/zh active Active
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