功率集成二极管及其制造方法技术

本发明专利技术公开了一种功率集成二极管及其制造方法，包括高压慢恢复二极管、多晶硅二极管和多晶硅电阻，该发明专利技术中：功率集成二极管中的阻尼电阻Rdamp能使震荡进行衰减，改善了EMI性能；并联二级管Dclp_2能提升电路效率，且对Mosfet上的尖峰脉冲进行更好嵌位；各P型区均由P‑区和P+区组成以及外延层采用双层外延，使器件反向恢复时间trr进一步增大；终端区P型场限环与有源区P型区同时制造减小了光刻次数，节省了制造成本；中低压多晶硅二极管的P型区与高压慢恢复二极管的P区同时制造，且该多晶硅二极管的P型注入利用场氧进行注入阻挡，不需要单独的光刻，减少工艺步骤，节省制造成本。

【技术实现步骤摘要】
功率集成二极管及其制造方法
本专利技术涉及电力电子
，具体涉及一种功率集成二极管及其制造方法。
技术介绍
反激式(Flyback)变换器又称单端反激式转换器。因其输出端在原边绕组断开电源时获得能量故而得名。反激式变换器以其电路结构简单，成本低廉而深受广大开发工程师的喜爱。反激式变压器适合小功率电源以及各种电源适配器常规的反激式变换器电路如图1所示，该电路的缺点是：由于元件寄生参数的影响，会在开关管的漏极产生振铃和过冲，导致VDMOS管的压力增大，损耗增加。VDMOS管截止时MOS漏源电压VDS波形如图2所示。其中的振铃是MOS关断时漏感Lleak、Rclp和Clump组成的振荡电路引起的。传统的抑制振铃的方法是：在图1中的Cclp支路上串联一个阻尼电阻Rdamp，或者在图1中的Dclp的阳极处串联一个阻尼电阻Rdamp。这两种方法中Rdamp都能有效地抑制振铃，但都会显著增加MOS管截止瞬间(t0时刻)的VDS冲电压VOS。在钳位二极管Dclp截止时(t1时刻)，寄生元件如漏电感Lleak、合电容Clump会产生振铃，EMI噪声特性变差。振铃幅度过大，还会使MOS管的体二极管导通，造成损耗。因此，要设法抑制振铃，而上述两种增加Rdamp阻尼电阻的方法虽然能抑制振铃，但都存在着显著增加MOS管截止瞬间(t0时刻)的VDS冲电压VOS的问题。综上所述，设计了一种功率集成二极管来抑制振铃，同时又不增加MOS管截止瞬间(t0时刻)的VDS冲电压VOS。
技术实现思路
本专利技术为了克服上述的不足，提供一种既可以抑制振铃，又不增加MOS管截止瞬间的冲电压的功率集成二极管及其制造方法。本专利技术通过以下技术方案来实现上述目的：一种功率集成二极管，包括高压慢恢复二极管、多晶硅二极管和多晶硅电阻，多晶硅二极管的阳极金属作为功率集成二极管的阳极，高压慢恢复二极管的阴极作为功率集成二极管的阴极；在衬底上形成有N型衬底，N型衬底中依次设有第一外延层和第二外延层，在第二外延层中设有P型区，P型区包括高压慢恢复二极管的P型源区和高压慢恢复二极管的P型场限环，高压慢恢复二极管的阳极金属通过内部金属连线分别与多晶硅二极管的阴极金属和多晶硅电阻的一端连接，多晶硅二极管的阳极金属和多晶硅电阻的另一端通过阳极金属连线与功率集成二极管的阳极金属压焊区连接。作为优选，所述P型区中设有沟槽，多晶硅二极管位于沟槽中，沟槽的耐压范围为50～200V，沟槽中设有氧化层，多晶硅二极管的多晶硅为N型材质。作为优选，各P型区均由P-区和P+区组成。作为优选，第一外延层的电阻率大于第二外延层的电阻率，第一外延层的厚度大于第二外延层的厚度。作为优选，多晶硅电阻的电阻范围为50～200Ω。一种如上所述的功率集成二极管的制造方法，包括以下步骤：A、淀积硬掩膜，硬掩膜的厚度为1～3um，B、Trench光刻，刻蚀硬掩膜，沟槽刻蚀，沟槽刻蚀的深度为2～10um，C、沟槽氧化，氧化层厚度为3000～10000A，氧化的温度为900～1050℃，D、多晶硅填充，E、化学机械抛光CMP，将硅片表面的多晶硅和氧化层除净，F、场氧化，氧化层厚度为氧化的温度为950～1100℃，G、终端区(含源区)光刻，刻蚀与终端区(含源区)注入与扩散，主要是硼离子注入与扩散，注入的剂量为5E13～5E14cm-2，注入能量为60～100Kev,扩散温度为1100～1175℃，扩散时间为90～300分钟，H、淀积多晶硅及多晶硅磷扩散(或磷离子注入)，对多晶硅进行光刻与刻蚀，刻蚀出多晶硅栅和多晶硅场板，I、一次P阱注入与扩散，主要是硼离子注入与扩散，注入能量为60～100Kev，注入剂量为1E15～4E15cm-2，扩散温度为1100～1175度，扩散时间为30～90分钟，J、二次P阱注入与扩散，主要是硼离子注入与扩散，注入能量为60～100Kev，注入剂量为5E15～8E15cm-2，扩散温度为1100～1175度，扩散时间为10～30分钟，K、N区光刻、刻蚀与N区注入，主要是磷离子注入，注入能量为60～120Kev，注入剂量为1E15～5E15cm-2，L、采用化学气相淀积介质层PSG或者，其厚度为M、接触孔光刻和刻蚀，N、溅射金属，金属光刻及刻蚀，金属层的厚度为2～5um，O、淀积氮化硅(钝化层)，钝化层光刻和刻蚀，其中，氮化硅的厚度为P、背面减薄，背面注入及退火激活，背银。作为优选，所述步骤L中，介质层为USG与PSG的复合层。作为优选，所述多晶硅电阻采用常规VDMOS工艺多晶硅，VDMOS工艺多晶硅的方块电阻为20Ω/口。本专利技术的有益效果是：该功率集成二极管及其制造方法中：1、功率集成二极管中的阻尼电阻Rdamp能使震荡进行衰减，从而改善了EMI性能；并联二级管Dclp_2能提升电路效率，且对Mosfet上的尖峰脉冲进行更好嵌位；2、各P型区均由P-区和P+区组成以及外延层采用双层外延，使器件反向恢复时间trr进一步增大，使器件反向慢恢复的特性优良；3、终端区P型场限环与有源区P型区同时制造减小了光刻次数，节省了制造成本；4、中低压多晶硅二极管的P型区与高压慢恢复二极管的P区同时制造，且该多晶硅二极管的P型注入利用场氧进行注入阻挡，不需要单独的光刻。这两种方法都有利于减少工艺步骤，节省制造成本；5、多晶硅电阻的制造方法与常规VDMOS工艺中的多晶硅生产工艺兼容，有利于集成器件的批量生产。附图说明本专利技术将通过例子并参照附图的方式说明，其中：图1是现有技术的反激式变换器钳位缓冲电路；图2是图1的MOS管漏源电压VDS波形；图3是本专利技术的用于反激式变换电路的功率集成二极管的原理结构图；图4是本专利技术的功率集成二极管的纵向剖面示意图；图5是本专利技术的功率集成二极管的横向剖面示意图。图中：1.N型衬底，2.第一外延层，3.第二外延层，4.沟槽，5.沟槽氧化层，6.高压慢恢复二极管的P型源区，7.高压慢恢复二极管的P型场限环，8.多晶硅二极管，9.多晶硅电阻，10.功率集成二极管的内部金属连线，11.高压慢恢复二极管阳极金属，11A.高压慢恢复二极管阳极金属下的源区接触孔，12.多晶硅二极管的阴极金属，12A.多晶硅二极管的阴极金属接触孔，13.多晶硅电阻一端的金属连线，13A.多晶硅电阻一端的金属连线下金属与多晶硅接触孔，20.功率集成二极管的阳极金属连线，21.多晶硅二极管的阳极金属，21A.多晶硅二极管的阳极金属的阳极接触孔，22.多晶硅电阻另一端的金属连线，22A.多晶硅电阻另一端的金属下金属与多晶硅接触孔，23.功率集成二极管的阳极金属压焊区。具体实施方式现在结合附图对本专利技术作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本专利技术的基本结构，因此其仅显本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种功率集成二极管，其特征在于：包括高压慢恢复二极管、多晶硅二极管和多晶硅电阻，多晶硅二极管的阳极金属作为功率集成二极管的阳极，高压慢恢复二极管的阴极作为功率集成二极管的阴极；/n在衬底上形成有N型衬底，N型衬底中依次设有第一外延层和第二外延层，在第二外延层中设有P型区，P型区包括高压慢恢复二极管的P型源区和高压慢恢复二极管的P型场限环，高压慢恢复二极管的阳极金属通过内部金属连线分别与多晶硅二极管的阴极金属和多晶硅电阻的一端连接，多晶硅二极管的阳极金属和多晶硅电阻的另一端通过阳极金属连线与功率集成二极管的阳极金属压焊区连接。/n

【技术特征摘要】
1.一种功率集成二极管，其特征在于：包括高压慢恢复二极管、多晶硅二极管和多晶硅电阻，多晶硅二极管的阳极金属作为功率集成二极管的阳极，高压慢恢复二极管的阴极作为功率集成二极管的阴极；
在衬底上形成有N型衬底，N型衬底中依次设有第一外延层和第二外延层，在第二外延层中设有P型区，P型区包括高压慢恢复二极管的P型源区和高压慢恢复二极管的P型场限环，高压慢恢复二极管的阳极金属通过内部金属连线分别与多晶硅二极管的阴极金属和多晶硅电阻的一端连接，多晶硅二极管的阳极金属和多晶硅电阻的另一端通过阳极金属连线与功率集成二极管的阳极金属压焊区连接。


2.根据权利要求1所述的功率集成二极管，其特征在于：所述P型区中设有沟槽，多晶硅二极管位于沟槽中，沟槽的耐压范围为50～200V，沟槽中设有氧化层，多晶硅二极管的多晶硅为N型材质。


3.据权利要求1所述的功率集成二极管，其特征在于：各P型区均由P-区和P+区组成。


4.根据权利要求1所述的功率集成二极管，其特征在于：第一外延层的电阻率大于第二外延层的电阻率，第一外延层的厚度大于第二外延层的厚度。


5.根据权利要求1所述的功率集成二极管，其特征在于：多晶硅电阻的电阻范围为50～200Ω。


6.一种根据权利要求1-5任一项所述的功率集成二极管的制造方法，其特征在于：包括以下步骤：
A、淀积硬掩膜，硬掩膜的厚度为1～3um，
B、Trench光刻，刻蚀硬掩膜，沟槽刻蚀，沟槽刻蚀的深度为2～10um，
C、沟槽氧化，氧化层厚度为3000～10000A，氧化的温度为900～1050℃，
D、多晶硅填充，
E、化学机械...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄昌民，李学会，
申请(专利权)人：无锡昌德微电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32