PIN二极管及其制备方法技术

本发明专利技术提供了PIN二极管及其制备方法，PIN二极管具有第一直边和弧形拐角，且包括：N+衬底、N外延层、N‑外延层、P型扩散区、第一隔离区、金属隔离层、正面金属和背面金属。该PIN二极管可以有效降低弧形拐角处动态关断失效的风险，同时也降低了正向注入效率，进而可以有效降低关断时反向电流尖峰，从而PIN二极管的可靠性大大提高。

【技术实现步骤摘要】
PIN二极管及其制备方法
本专利技术涉及半导体
，具体的，涉及PIN二极管及其制备方法。
技术介绍
高频功率开关应用过程中，主开关元件往往需要反并联续流快恢复二极管(FRD)，续流FRD的开关参数及性能会影响到主开关应用及系统的可靠性。具体的，相关技术中，高压(母线电压600V以上)IGBT开关系统应用中为了降低开关损耗，往往会采取低门极电阻的设计方案，而由此带来的就是对续流FRD的冲击加大，单个FRD会有较大的动态关断电流变化率(di/dt)及反向恢复电流变化率(dirr/dt)，而出于耐压的需要基区掺杂浓度通常很低(1013cm-3数量级)，这使得二极管在反向恢复工作过程中容易产生动态关断失效。另外，FRD开关工作的特点就是关断时会有电流集边效应，即越往P阳极区边缘电流密度越大加之大的电压。对传统PIN结构二极管来讲，P阳极区边缘特别是四周拐角处容易产生大的电流密度及大的电场，电场和局部电流密度均远大于阳极中间区域。因此在边缘和拐角区域会局部有更高的功率损耗，容易引发局部过热，而现有PINFRDP阳极区整个都过电流的设计结构(结构示意图参见图1和图2)，极易在P阳极区边缘部分及拐角处产生动态关断失效或烧毁，进而影响二极管可靠性。
技术实现思路
本专利技术旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本专利技术的一个目的在于提出一种能够改善P阳极区局域动态关断失效的PIN二极管。在本专利技术的一个方面，本专利技术提供了一种PIN二极管。根据本专利技术的实施例，该PIN二极管具有直边和弧形拐角，且包括：N+衬底；N外延层，所述N外延层设置在所述N+衬底的上表面上；N-外延层，所述N-外延层设置在所述N外延层的上表面上；P型扩散区，所述P型扩散区从所述N-外延层的上表面向所述N-外延层中延伸，且包括：第一P型扩散区，所述第一P型扩散区位于所述N-外延层的上表面的中间，且具有两对彼此相对的第二直边，相邻的两个所述第二直边之间通过过渡圆弧相连；第二P型扩散区，所述第二P型扩散区设置在每个所述第二直边的外侧，且与所述第一P型扩散区接触设置；第三P型扩散区，所述第三P型扩散区设置在每个所述过渡圆弧的外侧，位于所述弧形拐角处，且包括第一子区和围绕所述第一子区设置的第二子区，所述第二子区与所述第一P型扩散区和所述第二P型扩散区接触设置；第一隔离区，所述第一隔离区由所述N-外延层构成，呈环形，设置在所述第一子区和所述第二子区之间；金属隔离层，所述金属隔离层设置在所述第二P型扩散区、第三P型扩散区和所述第一隔离区的上表面上；正面金属，所述正面金属设置在所述金属隔离层和所述第一P型扩散区的上表面上；背面金属，所述背面金属设置在所述N+衬底的下表面上。专利技术人发现，该PIN二极管中通过设置第一隔离区，可以具有较好的电场扩展效果，而通过隔离金属将第二P型扩散区和第三P型扩散区与正面金属隔离，其中没有电流经过，仅起到反向时电场扩展的需要，因动态关断失效是电流加电压的共同作用，进而可以有效降低弧形拐角处动态关断失效的风险，同时也降低了正向注入效率，进而可以有效降低关断时反向电流尖峰，从而PIN二极管的可靠性大大提高。在本专利技术的另一方面，本专利技术提供了一种制备前面所述的PIN二极管的方法。根据本专利技术的实施例，该方法包括：在N+衬底的上表面上依次形成N外延层和N-外延层；对所述N-外延层进行离子注入处理和扩散处理，形成P型扩散区和第一隔离区；在第二P型扩散区、第三P型扩散区和所述第一隔离区的上表面上形成金属隔离层；在所述金属隔离层和第一P型扩散区的上表面上形成正面金属；在所述N+衬底的下表面上形成背面金属。专利技术人发现，该方法步骤简单、操作方便，易于工业化生产，且制备得到的PIN二极管动态关断失效的风险显著降低，同时关断时反向电流尖峰也明显降低。附图说明图1是现有PIN二极管的平面结构示意图。图2是图1中沿A-A’线的剖面结构示意图。图3是本专利技术一个实施例的PIN二极管的平面结构示意图。图4是图3中沿B-B’线的剖面结构示意图。图5是本专利技术一个实施例的PIN二极管的平面结构示意图。图6是本专利技术另一个实施例的PIN二极管的平面结构示意图。图7是本专利技术一个实施例的制备PIN二极管的方法的流程示意图。具体实施方式下面详细描述本专利技术的实施例。下面描述的实施例是示例性的，仅用于解释本专利技术，而不能理解为对本专利技术的限制。实施例中未注明具体技术或条件的，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规产品。在本专利技术的一个方面，本专利技术提供了一种PIN二极管。根据本专利技术的实施例，参照图3、图4和图5，该PIN二极管具有第一直边1和弧形拐角2，且包括：N+衬底302；N外延层303，所述N外延层303设置在所述N+衬底302的上表面上；N-外延层304，所述N-外延层304设置在所述N外延层303的上表面上；P型扩散区310，所述P型扩散区310从所述N-外延层304的上表面向所述N-外延层304中延伸，且包括：第一P型扩散区305，所述第一P型扩散区305位于所述N-外延层304的上表面的中间，且具有两对彼此相对的第二直边3051，相邻的两个第二直边3051之间通过过渡圆弧3052相连；第二P型扩散区306，所述第二P型扩散区306设置在每个所述第二直边3051的外侧，且与所述第一P型扩散区305接触设置；第三P型扩散区307，所述第三P型扩散区307设置在每个所述过渡圆弧3052的外侧，位于所述弧形拐角2处，且包括第一子区3071和围绕所述第一子区3071设置的第二子区3072，所述第二子区3072与所述第一P型扩散区305和所述第二P型扩散区306接触设置；第一隔离区308，所述第一隔离区308由所述N-外延层304构成，呈环形，设置在所述第一子区3071和所述第二子区3072之间；金属隔离层309，所述金属隔离层309设置在所述第二P型扩散区306、第三P型扩散区307和所述第一隔离区308的上表面上；正面金属311，所述正面金属311设置在所述金属隔离层309和所述第一P型扩散区305的上表面上；背面金属301，所述背面金属301设置在所述N+衬底302的下表面上。专利技术人发现，该PIN二极管中通过设置第一隔离区308和金属隔离层309，可以使得第二P型扩散区306和第三P型扩散区307不与正面金属311直接接触，其中没有电流经过，仅起到反向时电场扩展的需要，因动态关断失效是电流加电压的共同作用，进而可以有效降低PIN二极管弧形拐角处动态关断失效的风险，同时也降低了正向注入效率，进而可以有效降低关断时反向电流尖峰，从而PIN二极管的可靠性大大提高。需要说明的是，本文中所采用的描述方式N+、N、N-和P分别表示N型重掺杂、N型掺杂、N型轻掺杂和P型掺杂，即掺杂浓度N+＞N＞N-；另外，本文中所采用的描述方式第一隔离区308由所述N-外延层304构成是指第一隔离区308对应的位置处形成N-外延层3本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种PIN二极管，其特征在于，所述PIN二极管具有第一直边和弧形拐角，且包括：/nN+衬底；/nN外延层，所述N外延层设置在所述N+衬底的上表面上；/nN-外延层，所述N-外延层设置在所述N外延层的上表面上；/nP型扩散区，所述P型扩散区从所述N-外延层的上表面向所述N-外延层中延伸，且包括：/n第一P型扩散区，所述第一P型扩散区位于所述N-外延层的上表面的中间，且具有两对彼此相对的第二直边，相邻的两个所述第二直边之间通过过渡圆弧相连；/n第二P型扩散区，所述第二P型扩散区设置在每个所述第二直边的外侧，且与所述第一P型扩散区接触设置；/n第三P型扩散区，所述第三P型扩散区设置在每个所述过渡圆弧的外侧，位于所述弧形拐角处，且包括第一子区和围绕所述第一子区设置的第二子区，所述第二子区与所述第一P型扩散区和所述第二P型扩散区接触设置；/n第一隔离区，所述第一隔离区由所述N-外延层构成，呈环形，设置在所述第一子区和所述第二子区之间；/n金属隔离层，所述金属隔离层设置在所述第二P型扩散区、第三P型扩散区和所述第一隔离区的上表面上；/n正面金属，所述正面金属设置在所述金属隔离层和所述第一P型扩散区的上表面上；/n背面金属，所述背面金属设置在所述N+衬底的下表面上。/n...

【技术特征摘要】
1.一种PIN二极管，其特征在于，所述PIN二极管具有第一直边和弧形拐角，且包括：
N+衬底；
N外延层，所述N外延层设置在所述N+衬底的上表面上；
N-外延层，所述N-外延层设置在所述N外延层的上表面上；
P型扩散区，所述P型扩散区从所述N-外延层的上表面向所述N-外延层中延伸，且包括：
第一P型扩散区，所述第一P型扩散区位于所述N-外延层的上表面的中间，且具有两对彼此相对的第二直边，相邻的两个所述第二直边之间通过过渡圆弧相连；
第二P型扩散区，所述第二P型扩散区设置在每个所述第二直边的外侧，且与所述第一P型扩散区接触设置；
第三P型扩散区，所述第三P型扩散区设置在每个所述过渡圆弧的外侧，位于所述弧形拐角处，且包括第一子区和围绕所述第一子区设置的第二子区，所述第二子区与所述第一P型扩散区和所述第二P型扩散区接触设置；
第一隔离区，所述第一隔离区由所述N-外延层构成，呈环形，设置在所述第一子区和所述第二子区之间；
金属隔离层，所述金属隔离层设置在所述第二P型扩散区、第三P型扩散区和所述第一隔离区的上表面上；
正面金属，所述正面金属设置在所述金属隔离层和所述第一P型扩散区的上表面上；
背面金属，所述背面金属设置在所述N+衬底的下表面上。


2.根据权利要求1所述的PIN二极管，其特征在于，所述第一隔离区包括相对的第一子隔离区和第二子隔离区，所述第一子隔离区、所述第二子隔离区和所述弧形拐角的弧线形边缘被构造为同心圆弧或同内径圆弧。


3.根据权利要求2所述的PIN二极管，其特征在于，所述第一子隔离区和所述第二子隔离区的圆弧角度大于等于90度。


4.根据权利要求1所述的PIN二极管，其特征在于，还包括至少一个第二隔离区，所述第二隔离区由所述N-外延层构成，位于所述第二直边的外侧，且沿所述第二直边间隔设置，呈环形，并将所述第...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹群，肖秀光，
申请(专利权)人：比亚迪股份有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44