多种元胞设计的复合PiN肖特基二极管制造技术

本发明专利技术涉及多种元胞设计的复合PiN肖特基二极管，包括：第二导电区域排布有多个元胞；多个元胞中的第一元胞包括第一区域和第二区域，第一区域环绕第二区域设置，多个元胞中的第二元胞包括第三区域，多个元胞中的第三元胞包括第四区域，第一区域和/或第三区域与外延层间形成第一PN结，所述第二区域与外延层间形成第二PN结，第四区域与所述外延层间形成第三PN结；第三PN结的宽度大于所述第一PN结和所述第二PN结的宽度，用于使在浪涌大电流的条件下，第三PN结比第一PN结和所述第二PN结先开启。通过不同尺寸PN结的设计，可以在尽量保持或不影响肖特基二极管正常电流导通模式性能的情况下，更高效的利用器件有源区面积，使浪涌大电流均匀的分散在器件的表面，从而有效的降低因局部过热而造成的器件损坏，提高其稳定性。

【技术实现步骤摘要】
多种元胞设计的复合PiN肖特基二极管
本专利技术涉及功率二极管
，特别涉及多种元胞设计的复合PiN肖特基二极管。
技术介绍
功率器件包括功率二极管和功率开关管，而功率二极管在电路应用中存在两种工作模式：导通模式和阻断模式。对于导通工作模式，除了正常电流工况以外，还存在偶发浪涌大电流的异常工况。在浪涌电流出现的异常工况下，二极管可能发生瞬时能量过冲和芯片温度升高的现象，导致器件发生失效。一般而言，电力电子器件在由电路故障或雷电引起的浪涌下将会承受大电流应力。在浪涌冲击情况下，大电流乘以器件电压降将形成瞬时的能量过冲，在相当短的时间内流入器件，导致器件结温迅速升高，可能引起器件的可靠性降低，甚至发生性能退化和失效。目前商业碳化硅二极管器件的抗浪涌电流能力普遍偏低，不能满足特殊应用的需求，例如，在高压配电系统中的功率因数矫正器(PFC)的应用中，在电路开通的瞬间和/或电路中断时可能发生浪涌大电流冲击。当浪涌冲击发生时，二极管会耗散大量的功率和能量，如果器件结构设计不当，器件的抗浪涌电流能力较差，器件可能由于过热而发生灾难性的故障。
技术实现思路
本专利技术提供了一种多种元胞设计的复合PiN肖特基二极管，旨在一定程度上解决以下技术问题：二极管等电子器件无法承受浪涌大电流冲击，可靠性低。一方面，本申请实施例提供了一种多种元胞设计的复合PiN肖特基二极管，二极管包括：PN结，形成所述PN结的第一导电区域和第二导电区域，所述第二导电区域位于所述第一导电区域的表面，所述第一导电区域包括外延层，所述第二导电区域排布有多个元胞；其中，所述多个元胞中的第一元胞包括第一区域和第二区域，所述第一区域环绕所述第二区域设置，所述第一区域呈环状八边形，所述第二区域呈正多边形或者圆形，且所述第一区域的中心与所述第二区域的中心相同；所述多个元胞中的第二元胞包括第三区域，所述第三区域呈环状四边形；所述多个元胞中的第三元胞包括第四区域，所述第四区域呈八边形；所述第一区域和/或第三区域与所述外延层间形成第一PN结，所述第二区域与所述外延层间形成第二PN结，所述第四区域与所述外延层间形成第三PN结；所述第三PN结的宽度大于所述第一PN结和所述第二PN结的宽度，以使所述第三PN结在浪涌电流的条件下比所述第一PN结和所述第二PN结先开启。在一个示例中，所述第二PN结的宽度大于所述第一PN结的宽度，以使所述第二PN结在浪涌电流的条件下比所述第一PN结先开启。在一个示例中，所述第一元胞和所述第二元胞环绕设置在所述第三元胞的周围。在一个示例中，两个相邻所述第三元胞之间设置有多个所述第一元胞和/或所述第二元胞。在一个示例中，两个所述第三元胞之间设置有n个所述第一元胞，且这里n可以为1-1000000。在一个示例中，相邻的所述第一区域、所述第三区域和所述第四区域互相连接在一起。在一个示例中，所述第一元胞、所述第二元胞与所述第三元胞的深度相同，所述深度是所述外延层表面形成所述第二导电区域的深度。在一个示例中，还包括：衬底，其中，所述衬底位于所述外延层背离所述第二导电区域一侧的表面；所述衬底的掺杂浓度高于所述外延层的掺杂浓度。在一个示例中，还包括：肖特基接触金属，其中，所述肖特基接触金属覆盖于所述外延层的表面，且所述肖特基接触金属与所述外延层间形成肖特基接触。在一个示例中，还包括：欧姆接触金属和阴极电极，其中，所述欧姆接触金属与所述第二导电区域间形成第一欧姆接触；所述阴极电极设置于所述衬底背离所述外延层的一侧，且所述衬底与所述阴极电极间形成第二欧姆接触。本申请实施例提供的二极管器件,在浪涌大电流通过时，多重元胞中的PN结将在电流超过不同阈值的情况下被逐级开启。通过这种设计，可以更高效的利用有源区面积，使电流均匀的分散在器件的表面，从而有效的降低因局部过热而造成的器件损坏，提高其稳定性。附图说明此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，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为本专利技术实施例的二极管的截面示意图；图2为本专利技术实施例的第二导电区域的元胞排布示意图；图3为沿图2中的AA'线的截面示意图；图4为本专利技术实施例的第二导电区域区域的元胞排布示意图A；图5为沿图4中的EE'线的截面示意图；图6为本专利技术实施例的第二导电区域的元胞排布设计示意图B；图7为本专利技术实施例的第二导电区域的元胞排布设计示意图C；图8为本专利技术实施例的第二导电区域的元胞排布设计示意图D；图9为本专利技术实施例的第二导电区域的元胞排布设计示意图E；图10为沿图9中的FF'线的截面示意图。具体实施方式为了更清楚的阐释本申请的整体构思，下面结合说明书附图以示例的方式进行详细说明。半导体的材料对半导体的性能起到决定性的作用，碳化硅半导体材料的禁带宽度约为硅材料的三倍，并且具有更高的临界击穿电场强度、更高的导热系数、更低的本征载流子浓度和更高的饱和漂移速度，这些使碳化硅成为高压、高温、高功率器件的理想材料。基于碳化硅半导体材料的功率二极管，商业器件存在两种技术路线，即结势垒肖特基二极管结构和复合PiN肖特基二极管结构。结势垒肖特基二极管在N-漂移层中交替布置窄P+区域，相比于纯肖特基二极管具有更低的反向漏电流和更强的阻断特性。复合PiN肖特基二极管结构是基于结势垒肖特基二极管的改进结构，不仅保留了窄P+区设计，还在有源区区域增加了较宽的P+区的设计，这些宽的P+区域形成的PN结在器件受到浪涌电流冲击的情况下会被开启，载流子注入到漂移层中，从而使得器件在浪涌大电流冲击的情况下具有更低的电阻率和更高的电流导通能力。因此，与结势垒肖特基二极管相比，复合PiN肖特基二极管具有更高的抗浪涌电流能力。器件的抗浪涌电流能力是描述其在极端电流冲击情况下鲁棒性的关键指标。具有卓越的抗浪涌电流能力的器件可以有效地耗散这些能量而不发生退化或失效，从而为电力装备提供更高的安全裕度，提高电力装备的可靠性和寿命。接下对器件的结构设计进行详细介绍。图1为本专利技术二极管的截面示意图，如图1所示，复合PiN肖特基二极管10的结构主要包括：含有杂质且具有第一导电类型的碳化硅衬底12；碳化硅衬底上形成的第一导电类型的外延层13，外延层的掺杂浓度低于衬底的掺杂浓度；与第一导电区域的导电类型不同的多个第二导电区域14，形成于所述外延层的表面；第二导电类型区域14的上方形成第一欧姆接触18；肖特基接触金属19位于整个外延层13的顶部，从而形成肖特基结16；衬底12的背面与阴极电级11间形成第二欧姆接触17。在本专利技术实施例中，复合PiN肖特基二极管结构中的第一导电区域为N型区域，第二导电区域为P+区域，P+区域与N型区域形成的PN结15可以在大电流情况下开启，形成PN结15与肖特基结16并本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多种元胞设计的复合PiN肖特基二极管，其特征在于，包括：PN结，形成所述PN结的第一导电区域和第二导电区域，所述第二导电区域位于所述第一导电区域的表面，所述第一导电区域包括外延层，所述第二导电区域排布有多个元胞；其中，/n所述多个元胞中的第一元胞包括第一区域和第二区域，所述第一区域环绕所述第二区域设置，所述第一区域呈环状八边形，所述第二区域呈正多边形或者圆形，且所述第一区域的中心与所述第二区域的中心相同；所述多个元胞中的第二元胞包括第三区域，所述第三区域呈环状四边形；所述多个元胞中的第三元胞包括第四区域，所述第四区域呈八边形；/n所述第一区域和/或第三区域与所述外延层间形成第一PN结，所述第二区域与所述外延层间形成第二PN结，所述第四区域与所述外延层间形成第三PN结；/n所述第三PN结的宽度大于所述第一PN结和所述第二PN结的宽度，以使所述第三PN结在浪涌电流的条件下比所述第一PN结和所述第二PN结先开启。/n

【技术特征摘要】
1.一种多种元胞设计的复合PiN肖特基二极管，其特征在于，包括：PN结，形成所述PN结的第一导电区域和第二导电区域，所述第二导电区域位于所述第一导电区域的表面，所述第一导电区域包括外延层，所述第二导电区域排布有多个元胞；其中，
所述多个元胞中的第一元胞包括第一区域和第二区域，所述第一区域环绕所述第二区域设置，所述第一区域呈环状八边形，所述第二区域呈正多边形或者圆形，且所述第一区域的中心与所述第二区域的中心相同；所述多个元胞中的第二元胞包括第三区域，所述第三区域呈环状四边形；所述多个元胞中的第三元胞包括第四区域，所述第四区域呈八边形；
所述第一区域和/或第三区域与所述外延层间形成第一PN结，所述第二区域与所述外延层间形成第二PN结，所述第四区域与所述外延层间形成第三PN结；
所述第三PN结的宽度大于所述第一PN结和所述第二PN结的宽度，以使所述第三PN结在浪涌电流的条件下比所述第一PN结和所述第二PN结先开启。


2.根据权利要求1所述的二极管，其特征在于，所述第二PN结的宽度大于所述第一PN结的宽度，以使所述第二PN结在浪涌电流的条件下比所述第一PN结先开启。


3.根据权利要求1所述的二极管，其特征在于，所述第一元胞和所述第二元胞环绕设置在所述第三元胞的周围。


4.根据权利要求1所述的二极管，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：任娜，黄治成，刘旺，李宛曈，
申请(专利权)人：北京天岳京成电子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11