一种FRD结构及其制作方法和应用技术

本申请提供了一种FRD结构及其制作方法和应用。其中，FRD结构包括衬底和覆于衬底的终端环形场氧化层，终端环形场氧化层沿衬底的周缘环形设置，终端环形场氧化层围成对应于衬底的中间位置的源区；FRD结构还包括P

【技术实现步骤摘要】
一种FRD结构及其制作方法和应用


[0001]本申请涉及电力电子器件
，尤其涉及一种FRD结构及其制作方法和应用。

技术介绍

[0002]FRD(Fast Recovery Diode，快恢复二极管)是一种具有开关特性好和反向恢复时间短等优势的半导体二极管，其主要应用于开关电源、PWM(Pulse Width Modulation，脉冲宽度调制)脉宽调制器和变频器等电子电路，并且作为高频整流二极管、续流二极管或阻尼二极管使用。FRD的内部结构与普通的PN结二极管不同，其属于PIN结二极管，即在P型硅材料与N型硅材料之间增加了基区I，构成了PIN硅片；其中，由于基区I较薄，所以FRD的反向恢复电荷较小，反向恢复时间较短，正向压降较低，反向击穿电压(耐压值)较高。
[0003]相关技术中，FRD通常包括相互堆叠的低浓度P
‑
阱区和高浓度P+阱区，以保证FRD的阳极区的欧姆接触。FRD在反向雪崩时，雪崩电流(即雪崩时的空穴电流)会被低浓度P
‑
阱区和高浓度P+阱区共同构成的P+/P
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结阻挡，使得雪崩电流难以到达芯片中央(或到达芯片中央的雪崩电流极少)，这是因为P+/P
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结内电场的方向由高浓度P+阱区指向低浓度P
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阱区，而雪崩电流主要是空穴电流，从而阻碍了雪崩电流自低浓度P
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阱区向高浓度P+阱区的流动，使得大部分雪崩电流被高浓度P+阱区反射，即大部分雪崩电流无法通过P+/P
‑r/>结；此时，雪崩电流会集中在芯片边沿，从而导致芯片的散热面积减小，容易形成热量积聚和局部热点，严重时还会烧毁芯片，这就说明现有FRD的雪崩耐量较低。
[0004]因此，有必要对上述FRD的结构进行改进。

技术实现思路

[0005]本申请提供了一种FRD结构及其制作方法和应用，旨在解决相关技术中FRD的雪崩耐量较低的问题。
[0006]为了解决上述技术问题，本申请实施例第一方面提供了一种FRD结构，包括衬底和覆于所述衬底的终端环形场氧化层，所述终端环形场氧化层沿所述衬底的周缘环形设置，所述终端环形场氧化层围成对应于所述衬底的中间位置的源区；
[0007]所述FRD结构还包括P
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阱区和多个P+阱区，所述P
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阱区覆于所述衬底且位于所述源区，所述多个P+阱区均覆于所述P
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阱区且均嵌入所述P
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阱区，所述多个P+阱区相互间隔，以形成至少一个泄放通道，所述泄放通道相对的两端均与所述终端环形场氧化层衔接；其中，所述泄放通道用于引导所述FRD结构的雪崩电流至所述源区的中间位置。
[0008]本申请实施例第二方面提供了一种FRD结构的制作方法，用于制作本申请实施例第一方面所述的FRD结构；所述FRD结构的制作方法包括：
[0009]在所述衬底上形成所述终端环形场氧化层；
[0010]以所述终端环形场氧化层作为掩膜，在所述衬底上位于所述源区的位置形成所述P
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阱区；
[0011]在所述P
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阱区上形成所述多个P+阱区。
[0012]本申请实施例第三方面提供了一种如本申请实施例第一方面所述的FRD结构在开关电源、PWM脉宽调制器和变频器中的应用。
[0013]从上述描述可知，与相关技术相比，本申请的有益效果在于：
[0014]在P
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阱区远离衬底的一侧嵌设多个P+阱区，并设置多个P+阱区相互间隔，以形成至少一个用于引导FRD结构的雪崩电流至源区的中间位置的泄放通道，且泄放通道相对的两端均与终端环形场氧化层衔接。在实际应用中，由于泄放通道是由多个P+阱区相互间隔形成的，所以泄放通道处仅存在P
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阱区，即掺杂浓度低，杂质离子少，那么FRD结构关断后，雪崩电流向源区的中间位置流动的过程中，受到的杂质散射小，使得雪崩电流更容易到达源区的中间位置；又由于P+阱区处，不仅存在P+阱区本身，还存在位于底层的P
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阱区，即掺杂浓度高，杂质离子多，那么FRD结构关断后，雪崩电流向源区的中间位置流动的过程中，受到的杂质散射大，使得雪崩电流难以到达源区的中间位置。由此可见，雪崩电流主要通过泄放通道流向源区的中间位置，使得雪崩电流不会集中在芯片的边沿，从而增大了芯片的散热面积，不易形成热量积聚和局部热点，进而能够有效地提升FRD结构的雪崩耐量和可靠性。
【附图说明】
[0015]为了更清楚地说明相关技术或本申请实施例中的技术方案，下面将对相关技术或本申请实施例的描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，而并非是全部实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0016]图1为现有FRD的结构示意图；
[0017]图2为本申请实施例提供的FRD结构于俯视视角下的结构示意图；
[0018]图3为本申请实施例提供的FRD结构沿图2中A
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A方向的剖面示意图；
[0019]图4为本申请实施例提供的FRD结构沿图2中A
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A方向切割的截面处雪崩电流的流动示意图；
[0020]图5为本申请实施例提供的FRD结构沿图2中B
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B方向的剖面示意图；
[0021]图6为本申请实施例提供的FRD结构沿图2中B
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B方向切割的截面处雪崩电流的流动示意图；
[0022]图7为本申请实施例提供的FRD结构的雪崩电流的流动示意图；
[0023]图8为本申请实施例提供的FRD结构的制作方法的主要流程示意图；
[0024]图9为本申请实施例提供的图8中步骤801的流程示意图；
[0025]图10为本申请实施例提供的图8中步骤802的流程示意图；
[0026]图11为本申请实施例提供的图8中步骤803的流程示意图。
【具体实施方式】
[0027]为了使本申请的目的、技术方案以及优点更加的明显和易懂，下面将结合本申请实施例以及相应的附图，对本申请进行清楚、完整地描述，其中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。应当理解的是，下面所描述的本申请的各个实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请，也即基于本申请的各个实
施例，本领域的普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。此外，下面所描述的本申请的各个实施例中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
[0028]在相关技术中，FRD通常包括相互堆叠的低浓度P
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阱区和高浓度P+阱区，以保证FRD的阳极区的欧姆接触。FRD在反向雪崩时，雪崩电流会被低浓度P
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阱区和高本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种FRD结构，包括衬底和覆于所述衬底的终端环形场氧化层，所述终端环形场氧化层沿所述衬底的周缘环形设置，所述终端环形场氧化层围成对应于所述衬底的中间位置的源区；其特征在于，所述FRD结构还包括P
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阱区和多个P+阱区，所述P
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阱区覆于所述衬底且位于所述源区，所述多个P+阱区均覆于所述P
‑
阱区且均嵌入所述P
‑
阱区，所述多个P+阱区相互间隔，以形成至少一个泄放通道，所述泄放通道相对的两端均与所述终端环形场氧化层衔接；其中，所述泄放通道用于引导所述FRD结构的雪崩电流至所述源区的中间位置。2.如权利要求1所述的FRD结构，其特征在于，所述多个P+阱区呈矩形阵列分布，所述泄放通道包括第一通道和第二通道；在所述衬底的长度方向上，任意相邻的两排所述P+阱区间隔形成所述第一通道，所述第一通道沿所述衬底的长度方向延伸；在所述衬底的宽度方向上，任意相邻的两排所述P+阱区间隔形成所述第二通道，所述第二通道沿所述衬底的宽度方向延伸。3.如权利要求1所述的FRD结构，其特征在于，所述衬底包括N+衬底和N
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外延层；所述N
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外延层覆于所述N+衬底，且位于所述N+衬底与所述P
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阱区、所述终端环形场氧化层之间；其中，所述P
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阱区覆于所述N
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外延层，且嵌入所述N
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外延层。4.如权利要求3所述的FRD结构，其特征在于，所述N
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外延层包括第一外延层和第二外延层，所述第一外延层和所述第二外延层沿所述N+衬底指向所述P
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阱区的方向依次层叠设置，所述P
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阱区覆于所述第二外延层，且嵌入所述第二外延层；其中，所述第一外延层的电阻率小于所述第二外延层的电阻率，所述第一外延层的厚度小于所述第二外延层的厚度。5.如权利要求4所述的FRD结构，其特征在于，还包括多个场限环，所述多个场限环均位于所述第二外延层内，且均覆于所述终端环形场氧化层的内表面；其中，所述终端环形场氧化层还围成分别对应于所述多个场限环的多个场限环区。6.一种FRD结构的制作方法，用于制作所述FRD结构；所述FRD结构包括衬底和覆于所述衬底的终端环形场氧化层，所述终端环形场氧化层沿所述衬底的周缘环形设置，所述终端环形场氧化层围成对应于所述衬底的中间位置的源区；其特征在于，所述FRD结构还包括P
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阱区和多个P+阱区，所述P
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阱区覆于所述衬底且位于所述源区，所述多个P+阱区均覆于所述P
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阱区且均嵌入所述P
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阱区，所述多个P+阱区相互间隔，以形成至少一个泄放通道，所述泄放通道相对的两端均与所述终端环形场氧化层衔接；其中，所述泄放通道用于引导所述FRD结构的雪崩电流至所述源区的中间位置；所述FRD结构的制作方法包括：在所述衬底上形成所述终端环形场氧化层；以所述终端环形场氧化层作为掩膜，在所述衬底上位于所述源区的位置形成所述P
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【专利技术属性】
技术研发人员：李学会，喻双柏，和巍巍，汪之涵，傅俊寅，魏炜，
申请(专利权)人：深圳基本半导体有限公司，
类型：发明
国别省市：