功率二极管制造技术

本申请提供了一种功率二极管。该功率二极管包括N型基体、至少两个P型掺杂区、N型掺杂区与金属层。其中，P型掺杂区间隔设置在N型基体中；N型掺杂区设置在各P型掺杂区的远离N型基体的表面上；金属层设置在N型掺杂区的远离N型基体的表面上，且金属层与各P型掺杂区隔离设置。该功率二极管兼具好的反向恢复性以及高的反向电压。

Power diode

The present application provides a power diode. The power diode includes a N type substrate, at least two P doped regions, a N doped region, and a metal layer. The interval of P doping region is set in the N type matrix; N type doping area is arranged on the surface away from the N type substrate in each P doping area; metal layer is arranged on the surface of N away from the matrix in N type doping area, isolation and the metal layer and the P type doping area setup. The power diode has both a good reverse recovery and a high reverse voltage.

【技术实现步骤摘要】
功率二极管
本申请涉及功率半导体功率二极管，具体而言，涉及一种功率二极管。
技术介绍
随着高功率电子功率二极管的发展，高压二极管逐渐成为电力电子应用中的一个核心元件。目前市场所采用的高压二极管种类主要有高压PN结二极管、肖特基势垒二极管与高压JBS二极管。高压PN结二极管的结构示意图见图1，该高压PN结二极管由下至上依次包括N+衬底01、N-外延层02、P+层03以及金属层04。这种高压PN结二极管的特点是耐压高但是反向恢复性能较差。当该功率二极管加反向电压时，由于大量少数载流子的存在，需要将这些少数载流子消耗掉或者中和掉，才能使得高压PN结二极管反向截止。由于将这些少数载流子消耗掉或者中和掉是一个耗时的过程，因此，反向电流增加到最大值到减小到最小值的过程比较耗时，即高压PN结二极管的反向恢复时间较长，反向恢复速度慢，功率二极管的反向恢复性能差。现有的一种肖特基势垒二极管(SchottkyBarrierDiode，简称SBD)的结构如图2所示。该功率二极管由下至上依次包括叠置的N+衬底01、N-外延层02以及金属层04。这种肖特基势垒二极管是利用金属与半导接触形成的金属－半导体肖特基结，因其在正向导通时，不存在少数载流子的注人，因此，在加反向偏压时，不存在消耗或者中和大量少数载流子的过程，因此，该功率二极管的反向恢复速度快，具有开关速度快的优点，但是该功率二极管的最大缺点是反向电压很低，一般很难制造反偏电压在300V以上的肖特基势垒二极管。现有的一种高压JBS二极管的结构如图3所示，该功率二极管包括N+衬底01、N-外延层02、P+层03以及金属层04。该JBS二极管在原有的肖特基势垒二极管中引入了一个PN结整流二极管来保护肖特基势垒，它虽然解决了肖特基势垒二极管的反向电压低的问题，但是由于PN结整流二极管中少数载流子的存在，也使得其反向恢复特性差。
技术实现思路
本申请的主要目的在于提供一种功率二极管，以解决现有技术中的功率二极管不兼具好的反向恢复性以及高的反向电压的问题。为了实现上述目的，根据本申请的一个方面，提供了一种功率二极管，该功率二极管包括：N型基体；至少两个P型掺杂区，间隔设置在上述N型基体中；N型掺杂区，设置在各上述P型掺杂区的远离上述N型基体的表面上；金属层，设置在上述N型掺杂区的远离上述N型基体的表面上，其中，上述金属层与各上述P型掺杂区隔离设置。进一步地，上述功率二极管包括至少两个上述N型掺杂区，各上述N型掺杂区设置在上述N型基体中且与上述P型掺杂区一一对应设置，且各上述N型掺杂区的远离各上述P型掺杂区的表面与上述N型基体的平整表面平齐。进一步地，第一表面为与上述N型基体的厚度方向垂直的表面，各上述N型掺杂区在上述第一表面上的投影位于对应的上述P型掺杂区在上述第一表面上的投影的内部，且上述功率二极管还包括：至少四个介质区，各上述介质区覆盖各上述P型掺杂区的靠近金属层的表面设置且用于隔离各上述P型掺杂区与上述金属层。进一步地，上述N型基体包括：N+衬底层；N-外延层，设置在上述N+衬底层的表面上，且上述P型掺杂区设置在上述N-外延层中且远离上述N+衬底层。进一步地，上述P型掺杂区为P+掺杂区。进一步地，上述N型掺杂区为N+掺杂区。进一步地，上述介质区的材料包括二氧化硅。进一步地，上述金属层的材料包括为Al-Cu和/或Al-Si-Cu。应用本申请的技术方案，该功率二极管在正向工作时，即金属层加正压，N型基体加负压，此时，两个PN结均不工作，只有肖特基二极管在工作，这样少数载流子不参与工作，进而使得在反向工作时，不存在将少数载流子中和或者消耗的过程，进而使得该功率二极管的反向恢复速度快，反向恢复性能较好。该功率二极管在反向工作时，即金属层加负压，N型基体加正压，功率二极管中P型掺杂区与N型基体形成的PN结二极管反向偏置，金属层与N型基体形成肖特基二极管反向偏置，形成耗尽区，且当反偏至一定电压时，P型掺杂区两侧的耗尽区连接在一起，将肖特基电流沟道夹断，反向电压不由肖特基二极管承担，只由P型掺杂区与N型基体形成的PN结二极管承担，从而确保功率二极管能在很高的反向偏置电压下工作。附图说明构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：图1示出了现有技术中的高压PN结二极管的结构示意图；图2示出了现有技术中的肖特基势垒二极管的结构示意图；图3示出了现有技术中的高压JBS二极管的结构示意图；以及图4示出了本申请的一种实施例的功率二极管的结构示意图。其中，上述附图包括以下附图标记：01、N+衬底；02、N-外延层；03、P+层；04、金属层；10、N型基体；20、P型掺杂区；30、N型掺杂区；40、介质区；50、金属层；11、N+衬底层；12、N-外延层。具体实施方式应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属
的普通技术人员通常理解的相同含义。需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、功率二极管、组件和/或它们的组合。正如
技术介绍
所介绍的，现有技术中的功率二极管不兼具好的反向恢复性以及高的反向电压，为了解决如上的技术问题，本申请提出了一种功率二极管。本申请的一种典型的实施方式中，提供了一种功率二极管，如图4所示，该功率二极管包括N型基体10、至少两个P型掺杂区20、N型掺杂区30以及金属层50。其中，至少两个上述P型掺杂区20间隔设置在上述N型基体10中；N型掺杂区30设置在各上述P型掺杂区20的远离上述N型基体10的表面上；金属层50设置在上述N型掺杂区30的远离上述N型基体10的表面上，其中，上述金属层50与各上述P型掺杂区20隔离设置。该功率二极管在正向工作时，即金属层加正压，N型基体加负压，由于金属层与各个P型掺杂区隔离设置，所以两个PN结均不正向导通，即少数载流子不参与工作，只有肖特基二极管在工作，进而使得在反向工作时，不存在将少数载流子中和或者消耗的过程，进而使得该功率二极管的反向恢复速度快，反向恢复性能较好。该功率二极管在反向工作时，即金属层加负压，N型基体加正压，功率二极管中P型掺杂区与N型基体形成的PN结二极管反向偏置，金属层与N型基体形成肖特基二极管反向偏置，形成耗尽区，且当反偏至一定电压时，P型掺杂区两侧的耗尽区连接在一起，将肖特基电流沟道夹断，反向电压不由肖特基二极管承担，只由P型掺杂区与N型基体形成的PN结二极管承担，从而确保功率二极管能在很高的反向偏置电压下工作。但是上述N型掺杂区并不限于图4的结构，本领域技术人员可以根据实际情况将N型掺杂区设置在P型掺杂区的表面上并实现对应的作用即可。例如，将N型掺杂区设置在N型基体中，且N型掺杂区与P型掺杂区在第一表面上的投影可以完全重合，第一表面为与上述N型基体的厚度方向垂直的表面。本申请的一种实施例中，如图4所示，上述本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种功率二极管，其特征在于，所述功率二极管包括：N型基体(10)；至少两个P型掺杂区(20)，间隔设置在所述N型基体(10)中；N型掺杂区(30)，设置在各所述P型掺杂区(20)的远离所述N型基体(10)的表面上；以及金属层(50)，设置在所述N型掺杂区(30)的远离所述N型基体(10)的表面上，其中，所述金属层(50)与各所述P型掺杂区(20)隔离设置。

【技术特征摘要】
1.一种功率二极管，其特征在于，所述功率二极管包括：N型基体(10)；至少两个P型掺杂区(20)，间隔设置在所述N型基体(10)中；N型掺杂区(30)，设置在各所述P型掺杂区(20)的远离所述N型基体(10)的表面上；以及金属层(50)，设置在所述N型掺杂区(30)的远离所述N型基体(10)的表面上，其中，所述金属层(50)与各所述P型掺杂区(20)隔离设置。2.根据权利要求1所述的功率二极管，其特征在于，所述功率二极管包括至少两个所述N型掺杂区(30)，各所述N型掺杂区(30)设置在所述N型基体(10)中且与所述P型掺杂区(20)一一对应设置，且各所述N型掺杂区(30)的远离各所述P型掺杂区(20)的表面与所述N型基体(10)的平整表面平齐。3.根据权利要求2所述的功率二极管，其特征在于，第一表面为与所述N型基体(10)的厚度方向垂直的表面，各所述N型掺杂区(30)在所述第一表面上的投影位于对应的所述P型掺...

【专利技术属性】
技术研发人员：义夫，华国安，
申请(专利权)人：丽晶美能北京电子技术有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11